(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202211151231.3 (22)申请日 2022.09.21 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 115238420 A (43)申请公布日 2022.10.25 (73)专利权人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 吴凡　曹喜滨　程正达　奚瑞辰　 耿云海　 (74)专利代理 机构 西安维英 格知识产权代理事 务所(普通 合伙) 6125 3 专利代理师 李斌栋　沈寒酉 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01)G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 JP 2011155267 A,201 1.08.11 CN 110775306 A,2020.02.1 1 CN 109250157 A,2019.01.2 2 CN 1098078 86 A,2019.0 5.28 吴凡.新体制旋扫成像光学卫星动力学与控 制研究. 《中国博士学位 论文全文数据库》 .202 2, 全文. 孙永军等.空间非合作目标捕获方法综述. 《国防科技大 学学报》 .2020,(第0 3期),全文. 审查员 王亚辉 (54)发明名称 空间机械臂捕获非合作目标的方法、 装置、 设备及介质 (57)摘要 本发明实施例公开了一种空间机械臂捕获 非合作目标的方法、 装置、 设备及介质， 属于空间 在轨服务技术领域； 所述方法应用于磁力捕获单 元作为末端执行机构的空间机械臂， 所述方法包 括： 建立所述磁力捕获单元的吸力模型， 并根据 所述吸力模型确定所述磁力捕获单元的吸力特 性； 基于所述磁力捕获单元的吸力特性， 确定对 非合作目标的捕获策略； 根据所述捕获策略对所 述非合作目标进行捕获， 并根据设定的判定条件 确定所述非合作目标是否 被成功捕获。 权利要求书4页 说明书10页 附图9页 CN 115238420 B 2022.11.29 CN 115238420 B 1.一种空间机械臂捕获非合作目标的方法， 其特征在于， 所述方法应用于磁力捕获单 元作为末端执 行机构的空间机 械臂， 所述方法包括： 建立所述磁力捕 获单元的吸力模型， 并根据 所述吸力模型确定所述磁力捕 获单元的吸 力特性； 其中， 根据所述磁力捕获单元 的吸力以及所述磁力捕获单元磁 吸面与所述非合作 目标被捕获面之间的相对距离， 建立的所述磁力捕获单 元的吸力模型为：                   （1） 其中， 表示所述磁力捕获单元的吸力， 单位为N； 表示所述磁力捕获单元磁吸面与所 述非合作目标被捕获面之间的相对距离， 单位 为mm； 、 、 及 分别表示待拟合 参数； 基于所述磁力捕获单元的吸力特性， 确定对非合作目标的捕获策略； 其中， 所述基于所 述磁力捕获单 元的吸力特性， 确定对非合作目标的捕获策略， 包括： 在捕获过程中， 基于所述磁力捕 获单元磁吸面与 所述非合作目标形心之间间隔距离的 第一变化规律， 确定所述非合作目标自旋角 速度的第二变化规律； 其中， 所述在捕获过程 中， 基于所述磁力捕获单元磁吸面与所述非合作目标形心之间间隔距离的第一变化规律， 确定所述非合作目标自旋角速度的第二变化 规律， 包括： 假定所述非合作目标是边长为 的正方体， 则当所述磁力捕获单元抵近所述非合作目 标且成功捕获所述非合作目标的过程中， 所述磁力捕获单元磁吸面与所述非合作目标形心 之间的间隔距离 的第一变化 规律为 从 逐渐变化为 ； 当 从 逐渐变化为 的过程中， 所述非合作目标的自旋角速度的 第二变化 规律为： ； 其中， 为自 开始捕获至捕获完成时的总耗时； 基于所述非合作目标自旋角速度的第 二变化规律， 获得所述磁力捕 获单元磁吸面与 所 述非合作目标形心之间间隔距离所满足的约束条件； 其中， 所述基于所述非合作目标自旋 角速度的第二变化规律， 获得所述磁力捕获单元磁吸面与所述非合作目标形心之 间间隔距 离所满足的约束条件， 包括： 基于所述非合作目标自旋角速度的第 二变化规律， 当所述自旋角速度 最大为 时， 为使得所述磁力捕获单元与所述 非合作目标不会发生碰撞， 所述磁力捕获单元磁吸面与所 述非合作目标 形心之间的间隔距离 需要满足的约束条件为：        （2） 其中，t表示以 作为捕获零时刻时捕获过程对应的时间； 表示所述磁力捕获单 元的磁吸面的半径；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115238420 B 2基于所述磁力捕 获单元的吸力特性及所述约束条件， 确定对所述非合作目标的捕 获策 略； 根据所述捕 获策略对所述非合作目标进行捕 获， 并根据设定的判定条件确定所述非合 作目标是否被成功捕获。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述建立所述磁力捕获单元的吸力模型， 并根据所述吸力模型确定所述磁力捕获单 元的吸力特性， 包括： 基于所述磁力捕获单元的吸力模型， 确定所述磁力捕获单元的吸力特性为： 当所述磁 力捕获单元磁吸面与所述非合作目标被捕获面之间的相对距离近时所述磁力捕获单元的 吸力大； 相反地， 当所述磁力捕获单元磁 吸面与所述非合作目标被捕获面之间的相对距离 远时所述磁力捕获单 元的吸力小。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述基于所述磁力捕 获单元的吸力特性及 所述约束条件， 确定对所述非合作目标的捕获策略， 包括： 基于所述磁力捕 获单元的吸力特性及所述约束条件， 对所述非合作目标采用分段式的 捕获策略； 其中， 在接近所述 非合作目标的初期阶段， 所述磁力捕获单元以第一速度快速地 逼近所述非合作目标， 且所述磁力捕获单元 的功率为第一功率； 在接近所述非合作目标 的 末期阶段， 所述磁力捕获单元以第二速度缓慢地逼近所述非合作目标， 且所述磁力捕获单 元的功率为第二功 率； 其中， 所述第一速度大于所述第二速度； 所述第一功 率大于所述第二 功率。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述捕 获策略对所述非合作目标 进行捕获， 并根据设定的判定条件确定所述非合作目标 是否被成功捕获， 包括： 根据所述捕 获策略对所述非合作目标进行捕 获时， 当同时满足下述所述设定的判定条 件时表征 所述非合作目标成功被捕获： 所述磁力捕获单元磁吸面与所述非合作目标被捕获面之间的相对距离在0~10‑4m范围 内震荡； 以及， 所述磁力捕获单 元与所述非合作目标之间的相对速度在0~10‑3m/s范围内震荡。 5.一种空间机 械臂捕获 非合作目标的装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 设置于空间机 械臂末端的磁力捕获单 元， 所述磁力捕获单 元用于抓捕非合作目标； 建立部分， 经配置为建立所述磁力捕获单元的吸力模型， 并根据所述吸力模型确定所 述磁力捕获单元的吸力特性； 其中， 所述建立部分， 还经配置为： 根据所述磁力捕获单元 的 吸力以及所述磁力捕获单元磁吸面与所述非合作目标被捕获面之 间的相对距离， 建立的所 述磁力捕获单 元的吸力模型为：                  （1） 其中， 表示所述磁力捕获单元的吸力， 单位为N； 表示所述磁力捕获单元磁吸面与所 述非合作目标被捕获面之间的相对距离， 单位 为mm； 、 、 及 分别表示待拟合 参数； 第一确定部分， 经配置为基于所述磁力捕获单元的吸力特性， 确定对非合作目标的捕 获策略； 其中， 所述第一确定 部分， 还经配置为： 在捕获过程中， 基于所述磁力捕 获单元磁吸面与 所述非合作目标形心之间间隔距离的权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115238420 B 3