空间站机械臂辅助航天器对接的碰撞机理与对接策略研究

Space manipulator assisted docking, a particularly complex and important on-orbit mission during space station construction and operation maintenance, plays an important role for on-orbit assembly, exterior maintenance and normal operation of the space station. The contact-collision dynamics modeling and control strategies of manipulator assisted docking are studied deeply for achieving stable and accurate completion of space manipulator assisted docking mission..Aimed at the androgynous peripheral docking mechanism of our country’s space station shuttle, the contact form is analyzed and the contact-collision dynamics model of docking mechanism is established. On this basis, the space manipulator is introduced and the contact-collision dynamics model of space manipulator is established. Considering the constraints and optimization goals during docking, multi-constraints and multi-objective hybrid adaptive compliance control strategy is designed. Relevant experimental studies will be carried out under microgravity environment. The research results will have great reference value for solving related issues during all kinds of space manipulator assisted docking mission.

空间站机械臂辅助航天器对接是空间站构建和运行维护过程中一项十分重要和复杂的任务，对空间站的在轨组装、外部维修以及正常运行起着至关重要的作用。本课题针对空间站机械臂辅助航天器对接过程中的接触动力学建模及对接策略展开重点研究，以实现空间站机械臂稳定、精确地辅助完成航天器对接任务。.针对空间站异体同构周边式对接机构，分析其接触形并建立对接机构的接触动力学模型；在此基础上，引入空间机械臂多体系统，建立空间机械臂多体碰撞动力学模型；综合考虑辅助对接过程中的约束条件及优化目标，设计多约束多目标的复合自适应柔顺控制策略；开展微重力环境下的相关实验研究。研究成果对于解决空间站机械臂辅助航天器对接中的相关问题具有极大的应用价值。

随着我国航天事业的不断发展，我国载人航天工程已经全面的转入到了空间站建设阶段。空间站机械臂因其操作范围广、操作灵活等特点将在未来空间站的构建中起到举足轻重的作用。本课题面向空间站机械臂辅助航天器对接任务，重点研究对接过程中的碰撞动力学及多目标多约束控制问题，取得了如下研究成果：.在简化航天器对接机构模型的基础上，提出了一套航天器对接碰撞动力学模型建模方法；引入等效质量思想，提出了提出一套空间站机械臂辅助航天器对接过程中的触碰撞动力学建模方法；基于主次任务结构设计了一种能够满足空间站机械臂辅助对接过程中多任务多约束的复合控制策略。.通过上述研究工作的展开，课题组在空间机械臂接触碰撞动力学、多约束多目标控制等方面取得了突破。研究成果可为空间站机械臂辅助航天器对接过程中的接触碰撞动力学建模、运动控制、目标优化等问题提供理论依据和技术参考，同时该课题的研究成果亦具有普适性，同样可为空间机械臂在轨捕获、装配等操作服务。.此外，在本项目资助下，课题组在国内外期刊上共计发表学术论文4篇，其中包括SCI检索1篇，SCI/EI双检1篇和EI检索2篇；申请国家发明专利1项；培养了硕士研究生1名。