空間運動目標自主捕獲路徑規(guī)劃研究.pdf

1、空間機器人在軌服務內容和服務范圍隨著空間在軌服務技術的發(fā)展在逐漸擴大,類似失效航天器的在軌修復,失效衛(wèi)星的回收與處理及太空垃圾清理等空間任務越來越多。目標航天器的自主捕獲技術在此類空間任務中扮演非常重要的角色。本文以空間失效航天器的自主捕獲為主線,開展目標航天器的運動預測研究,基于預測信息目標自主捕獲規(guī)劃研究,并進行仿真與實驗研究。
　　首先以自主捕獲的目標出發(fā),分析一般航天器結構特點,然后以空間剛體動力學模型為基礎,分析失效航天

2、器的運動規(guī)律,建立目標航天器的簡化模型,用于運動預測的系統(tǒng)狀態(tài)方程與量測方程。由動力學方程可知系統(tǒng)狀態(tài)方程具有非線性的特點,文中采用擴展卡爾曼濾波和無損卡爾曼濾波對目標的運動進行預測。擴展卡爾曼濾波雖能用于非線性系統(tǒng),但對于非線性較強的系統(tǒng),其預測結果可能不收斂。無損卡爾曼濾波不會舍棄模型信號的高階項,對非線性系統(tǒng)預測結果能取得較高的精度,也能克服擴展卡爾曼濾波僅用于弱非線性系統(tǒng)和強非線性預測結果可能發(fā)散和精度不高的缺點。
　　要

3、進行目標的自主捕獲,空間機器人的路徑規(guī)劃與自主捕獲規(guī)劃必須被考慮。本文提出關節(jié)空間連續(xù)加速度路徑規(guī)劃方法,通過約束加速大小并以諧曲線規(guī)律變化進行路徑規(guī)劃,能消除機器人關節(jié)控制中的力突變,使空間機器人關節(jié)運動更加平穩(wěn)。視覺伺服控制機器人自主捕獲目標過程,時延問題是必須面對的問題。將目標的預測信息考慮到自主捕獲規(guī)劃中,能夠有效減小該過程的時延。本文結合目標的運動預測結果,提出基于預測位姿的目標捕獲規(guī)劃方法,既能實現目標的自主抓捕,又能有效減

4、小自主捕獲過程中的時延,提高目標捕獲的精度。
　　為了驗證目標運動預測算法和基于預測位姿的捕獲規(guī)劃的正確性與可行性,本文將空間機器人及目標的運動映射到地面機器人系統(tǒng)并進行仿真與實驗。地面實驗平臺是由數字仿真平臺和物理平臺共同組成,既能夠在三維環(huán)境中顯示機器人和目標航天器的運動,也能在真實機器人平臺上對其運動進行顯示。
　　課題的研究緊跟我國大力開展空間在軌服務技術研究的步伐,研究成果對未來空間機器人在軌服務技術發(fā)展及應用具有