[发明专利]一种运载火箭加泄连接器自动对接轨迹规划方法

摘要

一种运载火箭加泄连接器自动对接轨迹规划方法，将自动对接过程分为三个阶段，分别为接近运动阶段、粗对接阶段、精对接阶段，然后将精对接阶段自动对接运动描述为随机可测目标的伺服跟踪运动，并采用线性叠加的方法，将自动对接运动分为两部分，对两部分运动量线性叠加后得出自动对接运动的位移量，最后实现自动对接运动。精对接阶段过程中，需要加泄连接器与箭体推进剂加注口接触，由于运载火箭在风载荷的影响下会出现随机晃动，因此对接过程中存在加泄连接器与箭体推进剂加注口对接时刻发生撞击的风险，本发明提出的轨迹规划方法可有效消除撞击风险，提升了自动对接安全性。

主权项

1.一种运载火箭加泄连接器自动对接轨迹规划方法，将精对接运动阶段分离为向箭体推进剂加注口的接近运动和以一已知距离的跟踪运动，实现对接瞬间箭体推进剂加注口和加泄连接器的相对速度、相对加速度为零，理论上杜绝了撞击风险，其特征在于步骤包括：/n(1)根据已知的火箭在地面与加泄连接器自动对接过程中的晃动和局部变形的最大包络范围，通过实时测量加泄连接器和运载火箭箭体推进剂加注口的距离，控制六自由度运动机构沿着轴向运动至最大包络范围的边缘，使加泄连接器位于最大包络范围之外一定距离，完成接近运动；加泄连接器位于最大包络范围之外一定距离中的一定距离为5mm～10mm；加泄连接器指运载火箭与推进剂加注设备之间的连接装置，加泄连接器为包括加注管路和外围设备，呈圆柱型，加泄连接器自动对接过程为将加泄连接器安装于一个具备空间六自由度运动的机械结构上，即三个平动自由度、三个转动自由度运动，机械结构中能够主动进行直线运动或转动的机构为作动器，通过控制算法驱动此机械结构完成加泄连接器与运载火箭箭体的连接；/n(2)除加泄连接器沿至运载火箭箭体推进剂加注口的方向运动的运动自由度以外，调整加泄连接器的其余五个自由度后，使加泄连接器与运载火箭箭体推进剂加注口在其余五个自由度的位置和姿态一致，完成粗对接；根据除加泄连接器沿至运载火箭箭体推进剂加注口的方向运动的运动自由度以外加泄连接器的其余五个自由度与加泄连接器的轨迹方程z(t)表示的自由度线性叠加，得到加泄连接器的六自由度变化量；空间六自由度运动的机械结构包括驱动机构，根据空间六自由度运动的机械结构的几何关系，通过逆运动学计算得出机械结构中的驱动机构即作动器的线位移或者角位移，并驱动作动器动作；/n(3)根据步骤(1)加泄连接器位于最大包络范围之外的距离以及最大包络范围，使用轨迹规划算法进行精对接运动的轨迹规划，即确定加泄连接器的轨迹方程；轨迹规划算法为：/n定义约束条件如下：/n①位置约束：z(t