[发明专利]针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法

说明书

本发明公开了一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，包括：S100：对大尺度故障航天器进行结构分析；S200：根据超冗余机械臂的数量，筛选出相应数量的安全可抓捕特征，作为每个超冗余机械臂要实施抓捕的对象；S300：分配筛选出的安全可抓捕特征；S400：携带超冗余机械臂的航天器接近所对应的安全可抓捕特征，与对应的安全可抓捕特征的轨道运动同步；S500：分别规划每个超冗余机械臂的抓捕路径，实现对所对应的安全可抓捕特征的缠绕式抓捕；S600：将规划得到的每个超冗余机械臂的抓捕路径合在一起协同抓捕。该方法在具体的抓捕过程中，通过多个航天器的协同，可以实现对大尺度故障航天器的可靠抓捕。

技术领域

本发明涉及空间目标抓捕领域，具体为一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法。

背景技术

人造卫星由于燃料耗尽或有效载荷寿命到期等原因，大部分航天器成为了空间垃圾。这些空间垃圾不仅占据着宝贵的轨道资源还对正常在轨运行航天器的安全造成了威胁，因此失效或故障航天器的清理成为了一个亟需解决的问题。相比于小尺度故障航天器，大尺度故障航天一旦发生在轨碰撞，会产生更多的空间垃圾。因此，大尺度故障航天器往往具有更高的抓捕优先级。

大部分故障航天器还通常处于动态翻滚状态、不具有用于抓捕的合作标识物以及通过测量获得的故障航天器的运动参数/惯性参数等参数往往含有不确定性，这些因素更增加了故障航天器抓捕的难度。针对质量轻的小尺度故障航天器可以采用诸如机械臂、触手等抓捕方法，但是针对几何尺寸大、质量重的大尺度故障航天器，鱼叉抓捕等方法更有效。然而，鱼叉抓捕过程中也极易产生次生碎片。所以，针对大尺度故障航天器，需要提出一种不会产生次生碎片的安全抓捕方法。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种针对大尺度故障航天器的多独立超冗余机械臂协同抓捕方法，包括以下步骤：

S100：对大尺度故障航天器进行结构分析，确定大尺度故障航天器上的安全可抓捕特征集合；

S200：根据超冗余机械臂的数量，从安全可抓捕特征集合中筛选出相应数量的安全可抓捕特征，作为每个超冗余机械臂要实施抓捕的对象；

S300：分配筛选出的安全可抓捕特征，使得筛选出的每个安全可抓捕特征与超冗余机械臂一一对应；

S400：携带超冗余机械臂的航天器接近所对应的安全可抓捕特征，与对应的安全可抓捕特征的轨道运动同步；接着，调整自身姿态，使携带的超冗余机械臂处于易于对安全可抓捕特征实施抓捕的状态；

S500：分别规划每个超冗余机械臂的抓捕路径，实现对所对应的安全可抓捕特征的缠绕式抓捕；

S600：将规划得到的每个超冗余机械臂的抓捕路径合在一起，实现对大尺度故障航天器的协同抓捕。

作为本发明的进一步改进，所述S200中超冗余机械臂的数量大于3。

作为本发明的进一步改进，，所述超冗余机械臂实施缠绕式抓捕的结构包括发动机喷管的喉部、大尺度故障航天器两侧太阳能帆板与大尺度故障航天器间的连接机构、大尺度故障航天器雷达装置的喉部。

作为本发明的进一步改进，所述S200中从可抓捕特征集中筛选与超冗余机械臂数量相对应的可抓捕特征时，选择分散的安全可抓捕特征。

作为本发明的进一步改进，所述S300中在分配筛选出的安全可抓捕特征时，使得每个筛选出的安全可抓捕特征将与距离它最近的超冗余机械臂进行配对；当距离不同安全可抓捕特征最近的航天器是同一个时，将所有航天器需要的机动距离最小作为目标来分配筛选出的安全可抓捕特征。