空间机器人捕获大挠性非合作航天器的动力学与控制研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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空间机器人捕获大挠性非合作航天器的动力学与控制研究

项目名称：空间机器人捕获大挠性非合作航天器的动力学与控制研究
项目类别：面上项目
批准号：61175098
申请代码：F030603
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：徐文福
依托单位：哈尔滨工业大学
批准年度：2011

中文摘要：

随着航天技术的发展，在轨服务的对象- - 航天器的结构越来越复杂，质量、体积越来越大，且一般带有大挠性附件(如太阳帆板)。本课题针对空间机器人在轨捕获大挠性非合作航天器的关键问题，开展如下研究(1)建立自主捕获各阶段(抓捕前、接触碰撞、抓捕后)的刚-柔耦合动力学模型;(2)提出目标捕获的最优轨迹规划与控制方法，同时实现机械臂末端轨迹跟踪、挠性结构振动抑制、最小碰撞臂型控制三个目标；(3)提出捕获后目标停靠、复合体系统稳定的轨迹规划与控制方法，解决末端负载质量及挠性发生极大变化、目标存在初始运动、碰撞力累积作用下复合体系统的稳定问题;(4)提出空间机器人抓持目标进行大范围机动过程中，利用机械手的运动，抑制空间机器人及目标星挠性结构振动的方法。课题的研究顺应了我国大力发展空间机器人在轨服务技术的大方向，研究成果对于未来开展空间机器人在轨维护、装配、救援等任务，具有重要的理论和实际意义。

中文主题词：空间机器人；大挠性；非合作航天器；自主捕获；动力学

英文摘要：

space robot；large flexible；non-cooperative spacecraft；autonomous capturing；dynamics

英文主题词： space robot；large flexible；non-cooperative spacecraft；autonomous capturing；dynamics

结论摘要：

为解决未来在轨服务技术所面临的应用基础问题，本课题针对空间机器人在轨捕获大挠性非合作航天器过程中需要解决的关键问题展开深入研究，取得了如下研究成果(1)建立了自主捕获各阶段(抓捕前、接触碰撞、抓捕后)空间机器人系统的刚-柔耦合动力学模型;(2)提出了目标捕获的最优轨迹规划与控制方法，同时实现机械臂末端轨迹跟踪、挠性结构振动抑制、最小碰撞臂型控制三个目标；(3)提出了捕获后目标停靠、复合体系统稳定的轨迹规划与控制方法，解决末端负载质量及挠性发生极大变化、目标存在初始运动、碰撞力累积作用下复合体系统的稳定问题;(4)提出了空间机器人抓持目标进行大范围机动过程中，利用机械手的运动，抑制空间机器人及目标星挠性结构振动的方法。在国家自然科学基金委员的支持下，课题组圆满完成了所有研究内容，超过了预期目标，共发表（含录用待发表）了学术论文48篇，其中SCI减速论文10篇，EI检索论文38篇；申请国家发明专利7项；获军队科技进步奖一等奖1项，国际会议最佳论文入围奖3次、领跑者5000-精品期刊顶尖论文奖2次。该项目培养博士后1名、博士生5名、硕士生6名。培养的学生中，各有一名博士、一名硕士获得研究生国家奖学金。本课题的研究对于空间机器人执行在轨任务具有重大的理论和应用价值。

成果综合统计