空间飞网机器人在轨机动碰撞稳定性及其避障研究

【作者】 竺伟梁； 庞兆君； 司骥跃； 杜忠华；

【机构】 南京理工大学机械工程学院；

【摘要】 空间绳网机器人系统是一种清除空间碎片的有效方式,该系统是由柔性绳网和自主机动牵引体组成的非线性系统,可在轨自主机动并对多个目标碎片实施抓捕。该系统机动时飞网与空间障碍物的交会状况十分关键可直接影响飞网系统对目标的抓捕成功率,但相关研究亟待完善。本文基于弹簧质点法考虑了飞网与空间小碎片的碰撞问题以及大型障碍物阻碍问题。针对绳网与小碎片碰撞问题提出了"碰撞检测插值点"算法,并对比分析了有无控制条件下绳网系统碰撞后的动态响应;针对大型障碍物阻碍问题,采用变包络的改进人工势场法对飞网的运动轨迹进行动态规划,并提出"摆角修正法"解决了轨迹局部曲率过大问题。最后设计了滑模控制器使空间飞网系统沿着动态轨迹飞行。碰撞数值仿真和综合数值仿真结果表明:无控状态下飞网与小碎片碰撞后产生凹陷、抛甩、翻转等严重变形。滑模控制器稳定了碰撞产生的网面扰动,使网面展开状态良好。飞网系统在人工势场导引下绕过大型障碍物,并对机动过程中小碎片的碰撞干扰也能及时稳定。更多还原