基本信息
| 书名： | 空间机器人捕获动力学与控制 |
| 作者： | 蔡国平,刘晓峰,刘元卿 |
| 出版社： | 中国科技出版传媒股份有限公司 |
| 出版日期： | 2021-10-01 |
| 版次： | 1 |
| ISBN： | 9787030709554 |
| 市场价： | 248.0 |
目录
目录 前言 第1章 绪论 1 1.1 研究目的和意义 1 1.2 发展历程和研究动态 2 1.3 典型的空间机器人研究计划 5 1.3.1 美国空间机器人计划 5 1.3.2 加拿大空间机器人计划 9 1.3.3 欧洲空间机器人计划 10 1.3.4 日本空间机器人计划 12 1.3.5 我国空间机器人计划 15 1.4 本书主要内容 15 参考文献 17 第2章 空间机器人动力学建模 25 2.1 引言 25 2.2 空间机器人系统描述 26 2.3 单体动力学方程 28 2.4 系统运动学方程 31 2.5 系统动力学方程 36 2.6 数值 37 2.6.1 刚空间机器人 37 2.6.2 柔空间机器人 40 2.7 本章小结 45 参考文献 46 第3章 基于点云技术的空间非合作目标智能识别 51 3.1 引言 51 3.2 点云分割识别算法比较 53 3.2.1 PointNet 算法和 PointNet++ 算法 53 3.2.2 SPLATNet 算法 55 3.2.3 SO-Net 算法 56 3.2.4 算法比较 57 3.3 点云数据集的构建 58 3.3.1 卫星完整点云数据集的构建 60 3.3.2 卫星非完整点云数据集的构建 62 3.4 各点云算法的能分析 64 3.4.1 分割率 64 3.4.2 分割实际效果 65 3.5 本章小结 67 参考文献 67 第4章 空间非合作目标运动观测技术 70 4.1 引言 70 4.2 基于灰度图像的运动观测技术 72 4.2.1 直接法的基本原理 72 4.2.2 LSD-SLAM 方法的基本原理 75 4.2.3 数值 77 4.3 基于深度图像的运动观测技术 84 4.3.1 坐标系的定义和相对位姿参数 84 4.3.2 位姿估计方案 86 4.3.3 数值 90 4.4 本章小结 98 参考文献 98 第5章 空间非合作目标运动预测技术 101 5.1 引言 101 5.2 运动预测的基本假设及基本理论 105 5.2.1 目标卫星的质心运动方程 105 5.2.2 目标卫星的姿态运动方程 106 5.3 动力学参数的估计 107 5.3.1 UKF 107 5.3.2 观测数据中噪声标准差的估计方法 111 5.3.3 *优化方法提高 xrot 和 xtran 的估计精度 112 5.4 数值 113 5.4.1 收敛准则 114 5.4.2 结果 118 5.5 本章小结 123 参考文献 123 第6章 空间非合作目距离交会技术 127 6.1 引言 127 6.2 动力学模型 133 6.2.1 质心运动微分方程 133 6.2.2 姿态运动微分方程 134 6.3 非奇异终端滑模控制器的设计 135 6.4 基于非线干扰观测器的自适应滑模控制方法 138 6.4.1 自适应滑模控制方法 138 6.4.2 ASM 位姿运动跟踪控制器 140 6.4.3 对 ASM 控制器的改良 141 6.5 期望位姿运动的规划 142 6.5.1 期望质心运动的规划 142 6.5.2 期望姿态运动的规划 145 6.6 动规划 147 6.6.1 临界阻尼弹簧振子的自由运动规律 147 6.6.2 改进后期望质心运动的规划 149 6.6.3 改进后期望姿态运动的规划 150 6.7 数值 150 6.7.1 不受控翻滚目标的情形 152 6.7.2 受控翻滚目标的情形 158 6.7.3 改进后的运动规划方法 161 6.7.4 对三种位姿跟踪控制算法的比较 162 6.7.5 Monte Carlo 167 6.8 本章小结 171 参考文献 171 第7章 空间大质量非合作目标姿态演化机理 176 7.1 引言 176 7.2 航天器的运动方程及无量纲化 176 7.2.1 模型描述 177 7.2.2 航天器的运动方程 178 7.2.3 运动方程的无量纲化 179 7.3 Melnikov 方法的应用 181 7.3.1 无扰系统的相空间 181 7.3.2 Melnikov 判据 182 7.4 数值 184 7.4.1 航天器系统的演化轨迹类型 184 7.4.2 参数子空间中 Melnikov 判据分析 186 7.4.3 Melnikov 方程的解析和数值结果比较 189 7.5 本章小结 190 参考文献 191 第8章 空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略 1 193 8.1 引言 193 8.2 消旋系统的动力学建模 194 8.2.1 模型描述 194 8.2.2 能量耗散航天器的姿态演化 196 8.2.3 消旋系统的动力学模型 198 8.3 消旋系统的接触模型 0 8.3.1 接触检测 0 8.3.2 Hertz 接触理论 2 8.4 数值 3 8.4.1 空间目标的姿态演化 3 8.4.2 空间目标的消旋 6 8.4.3 不同运动参数对消旋效果的影响 6 8.5 本章小结 8 参考文献 8 第9章 空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略 2 210 9.1 引言 210 9.2 对心接触保持控制器 211 9.3 消旋操作接触保持控制策略 214 9.4 数值 216 9.4.1 过阻尼控制方法有效评估 217 9.4.2 消旋操作接触保持策略有效评估 218 9.4.3 控制阻尼对控制能的影响 228 9.5 本章小结 230 参考文献 230 第10章 空间机器人无扰路径规划控制技术 235 10.1 引言 235 10.2 双臂空间机器人的结构描述 236 10.3 双臂空间机器人的动力学建模 237 10.3.1 动力学方程 237 10.3.2 逆运动学问题 238 10.3.3 正–逆混合动力学方程 240 10.3.4 相对姿态的描述方法 242 10.4 基座姿态无扰的路径规划与控制 243 10.4.1 无扰路径规划问题描述 244 10.4.2 粒子群优化方法 246 10.4.3 跟踪控制器设计 247 10.4.4 双臂非同步启动时的问题描述 247 10.5 数值 248 10.5.1 工况 1：对称初始构型且同步启动 249 10.5.2 工况 2：非对称初始构型且同步启动 252 10.5.3 工况 3：对称初始构型且不同步启动 256 10.5.4 工况 4：非对称初始构型且不同步启动 259 10.6 本章小结 262 参考文献 262 第11章 空间非合作目标抓捕策略 1 264 11.1 引言 264 11.2 空间机器人描述 265 11.2.1 刚空间机器人 265 11.2.2 柔空间机器人 266 11.2.3 系统动力学方程 266 11.3 碰撞检测 267 11.3.1 圆柱与立方体 267 11.3.2 圆柱与圆柱 268 11.4 数值 270 11.4.1 刚空间机器人抓捕 270 11.4.2 柔空间机器人抓捕 279 11.5 本章小结 287 参考文献 287 第12章 空间非合作目标抓捕策略 2 289 12.1 引言 289 12.2 弹簧阻尼器对对心碰撞的影响 291 12.3 抓捕控制策略 295 12.4 数值 299 12.5 本章小结 304 参考文献 304 第13章 空间非合作目标惯参数辨识技术 309 13.1 引言 309 13.2 动力学模型 310 13.3 粗估计 311 13.4 精估计 314 13.5 数值 315 13.5.1 粗估计 315 13.5.2 精估计 318 13.6 本章小结 3 参考文献 3 第14章 空间非合作目标抓捕后阶段主动消旋策略 1 322 14.1 引言 322 14.2 动力学建模 323 14.2.1 模型描述 323 14.2.2 空间机器人和非合作目标的动力学模型 325 14.2.3 组合系统的动力学方程 326 14.3 消旋轨迹优化 329 14.3.1 非合作目标的消旋轨迹参数化 329 14.3.2 MOPSO 算法 332 14.4 协同控制 335 14.4.1 组合系统动力学方程的变换 335 14.4.2 协调控制器设计 337 14.5 数值 339 14.5.1 组合系统的动力学参数和初始状态 339 14.5.2 基于 MOPSO 算法的消旋轨迹优化 342 14.5.3 协同控制 346 14.6 本章小结 351 参考文献 352 第15章 空间非合作目标抓捕后阶段主动消旋策略 2 354 15.1 引言 354 15.2 动力学建模与轨迹规划 355 15.3 358 15.3.1 轨迹追踪控制器 358 15.3.2 振动器 359 15.4 数值 361 15.4.1 组合系统的参数设置和轨迹规划 361 15.4.2 不考虑参数估计误差的消旋方案验证 363 15.4.3 考虑参数估计误差的消旋方案验证 367 15.5 本章小结 371 参考文献 371 第16章 空间机器人关节柔和关节摩擦建模问题 375 16.1 引言 375 16.2 关节柔 376 16.2.1 考虑柔的关节建模 376 16.2.2 关节柔对系统动力学方程的贡献 378 16.3 关节摩擦 379 16.3.1 关节摩擦模型 379 16.3.2 关节摩擦对系统动力学方程的贡献 382 16.4 系统动力学方程 387 16.5 数值 389 16.5.1 刚臂空间机器人 389 16.5.2 柔臂空间机器人 396 16.6 本章小结 408 参考文献 408 第17章 空间机器人容错控制问题 410
内容介绍
《空间机器人捕获动力学与控制》以空间机器人抓捕空间非合作目标为对象，详细介绍了抓捕前、抓捕中、抓捕后的相关理论与方法，内括：抓捕前的非合作目标的智能识别、运动观测、运动预测距离交会、姿态演化、主动消旋等，抓捕中的空间机器人无扰路径规划控制技术及几种抓捕策略，抓捕后的非合作目标惯参数辨识技术、卫星组合体消旋及姿态快速稳定控制技术。另外还详细介绍了空间机器人关节柔及摩擦建模、容错控制、追逃博弈等。《空间机器人捕获动力学与控制》内容是作者多年来在空间机器人技术方面的研究成果，具有系统和新颖。
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