一种抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法与流程

技术特征：

1.一种抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、机械臂抓捕旋转的空间碎片，结合动力学模型找出组合体的惯性主轴方向；

步骤二、通过调整机械臂构型使组合体的旋转轴与惯性主轴方向重合，达到自旋稳定；

步骤三、结合本体执行机构和环境力矩对组合体消旋，实现机械臂组合体的姿态稳定。

2.根据权利要求1所述抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于：所述步骤三中的环境力矩为重力梯度力矩。

3.根据权利要求1所述抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于：

在确定组合体惯性主轴方向时，根据目标空间碎片与机械臂末端相对位姿，结合动量守恒推导组合体角速度表达式；

相对位姿为：

动量守恒：

组合体角速度表达式：

其中，R_e是机械臂末端执行器质心矢量，r_eQ是机械臂末端执行器质心至与目标接触点Q的矢量，v_e和ω_e是末段执行器的速度和角速度，R_t是目标质心的位置矢量，r_TQ是目标质心至与末端接触点Q的矢量，v_t和ω_t是目标的速度和角速度，v_C和ω_C是组合体质心的速度和角速度，R(q_r)为目标姿态与末端姿态的转换矩阵。

4.根据权利要求3所述抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于：

通过下式计算组合体的惯性主轴方向：

$({\mathrm{\λ}}_i{I}_3-I_C)A_S^{S^{\′T}}(,i)=0,i=1,2,3---\left(4\right)$

其中，λ_i(i＝1,2,3)为主惯性矩，I₃为3×3单位矩阵，I_C为组合体转动惯量，为转换矩阵，描述组合体质心坐标系S(C)至惯性主轴坐标系S'(C)的旋转关系。

5.根据权利要求1所述抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于：按照下式实现组合体自旋稳定以及组合体的姿态稳定：

其中，为期望组合体质心角加速度，ω_Ce和为误差组合体质心角速度和角加速度，τ_本体为组合体基座三轴姿态控制输出，τ_环境为环境力矩。

6.根据权利要求5所述抓捕高速旋转目标后机械臂组合体的姿态稳定方法，其特征在于，式(5)中为了实现控制目的：

a.针对自旋稳定阶段，当时间t→∞时，

b.针对姿态稳定阶段，当时间t→∞时，