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第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 空间在轨服务技术研究发展概况 2

1.2.1 空间在轨服务技术发展概况 2

1.2.2 空间后勤技术研究概述 8

1.3 空间在轨装配技术研究发展概况 13

1.3.1 具有装配辅助的航天员手动装配阶段 14

1.3.2 空间机器人装配阶段 17

1.4 装配序列规划的研究发展概况 20

1.4.1 经典装配序列规划方法 20

1.4.2 虚拟装配序列规划方法 20

1.4.3 软计算装配序列规划方法 21

1.4.4 基于网络的装配序列规划方法 21

1.5 航天器运动规划方法研究概况 22

1.5.1 运动规划方法研究概况 22

1.5.2 航天器运动规划研究概况 25

1.6 装配协同规划的研究发展概况 28

1.6.1 协同体系结构 28

1.6.2 协同规划方法 29

1.6.3 航天器协同问题的研究现状 30

1.7 航天器自主体系研究概况 33

1.8 本书主要内容 35

第2章 空间在轨服务体系及任务分析 37

2.1 引言 37

2.2 空间在轨服务的概念 37

2.3 空间在轨服务体系 38

2.3.1 服务体 38

2.3.2 服务对象 42

2.4 空间在轨服务任务分析 43

2.4.1 任务内容 43

2.4.2 实现方式 45

2.5 空间在轨装配任务体系研究 47

2.5.1 装配任务体系分析的目的 47

2.5.2 装配任务体系分析策略 47

2.5.3 装配任务体系分析的步骤与流程 49

2.6 大型空间桁架结构构建方法研究 52

2.6.1 可展开结构构建 52

2.6.2 太空成形结构构建 53

2.6.3 可直立桁架结构构建 54

2.7 自主服务航天器近距离操作运动规划体系 55

2.7.1 单个自主服务航天器的规划体系 56

2.7.2 多自主服务航天器协同规划体系 58

2.8 本章小结 59

第3章 空间大型桁架结构装配模型的建立 60

3.1 引言 60

3.2 大型空间桁架结构的装配定义 61

3.2.1 桁架装配定义的数学描述 61

3.2.2 结构容积单元 62

3.2.3 桁架结构的装配可行性准则 63

3.3 基于连接矩阵的大型空间桁架结构装配表示模型 65

3.3.1 共同杆连接方式的连接矩阵 65

3.3.2 共同点连接方式的连接矩阵 66

3.3.3 连接杆连接方式的连接矩阵 67

3.3.4 连接矩阵建模示例 68

3.4 大型空间桁架结构的分层规划表示模型 69

3.4.1 分层状态和规划表示 69

3.4.2 分层规划建模策略 70

3.5 大型空间桁架结构的图形表示模型 72

3.5.1 四面体桁架结构的坐标系定义 73

3.5.2 四面体桁架结构的图形表示 74

3.5.3 四面体桁架结构装配规划的有向图表示 76

3.6 本章小结 78

第4章 服务航天器模型的建立 79

4.1 引言 79

4.2 坐标系定义与转换 79

4.2.1 坐标系定义 79

4.2.2 坐标系转换 81

4.3 相对轨道运动模型 82

4.3.1 动力学模型 82

4.3.2 相对运动显式方程模型 84

4.4 本章小结 91

第5章 基于蚁群优化算法的空间自主装配序列规划 92

5.1 引言 92

5.2 蚁群优化算法 92

5.2.1 蚁群优化原理 93

5.2.2 基本蚁群优化算法 95

5.2.3 蚁群优化算法的改进与应用 98

5.3 用于空间自主装配序列规划的改进蚁群优化算法 99

5.3.1 装配序列的表示 100

5.3.2 改进蚁群优化算法 101

5.4 基于改进自适应蚁群优化算法的空间自主装配序列规划 103

5.4.1 装配序列的表示 104

5.4.2 改进自适应蚁群优化算法 104

5.5 改进免疫—蚁群算法在空间自主装配序列规划中的应用 106

5.5.1 人工免疫算法 107

5.5.2 改进免疫—蚁群算法 110

5.6 算例仿真及结果分析 113

5.6.1 仿真算例 113

5.6.2 仿真结果及分析 114

5.6.3 算法比较 117

5.7 本章小结 118

第6章 面向空间自主装配任务的智能协同规划 119

6.1 引言 119

6.2 基于集合势函数描述的空间自主协同装配问题 119

6.2.1 基于集合势函数的空间自主装配控制规律 119

6.2.2 基本装配问题描述 120

6.3 分布式多空间自主机器人环境下的协同装配规划策略 123

6.3.1 分布式多空间自主机器人环境 123

6.3.2 面向协同装配规划的模型表述 124

6.3.3 协同装配规划策略 126

6.4 多空间自主机器人协同装配的两级递阶智能规划算法 127

6.4.1 空间桁架结构的分层表示法 127

6.4.2 多空间自主机器人连续装配策略 128

6.4.3 两级递阶规划概念 128

6.4.4 两级递阶智能规划算法 129

6.4.5 算例研究及分析 131

6.5 本章小结 132

第7章 基于连续推力模式的敏捷服务航天器运动规划研究 133

7.1 引言 133

7.2 快速搜索随机树规划方法 134

7.2.1 规划理论的基本要素 134

7.2.2 离散规划 135

7.2.3 基于采样的规划方法 140

7.2.4 快速搜索随机树规划方法理论与应用 143

7.3 约束条件 149

7.3.1 运动动力学约束 149

7.3.2 几何约束 149

7.4 基于连续推力模式的敏捷服务航天器运动规划 150

7.4.1 运动状态的确定与度量 150

7.4.2 局部规划器 151

7.4.3 规划问题的基本描述 153

7.4.4 必然碰撞区 153

7.4.5 规划方法 154

7.5 仿真算例 157

7.6 本章小结 168

第8章 基于脉冲推力模式的近距离在轨服务航天器运动规划研究 170

8.1 引言 170

8.2 概率路标算法 171

8.2.1 预处理阶段 171

8.2.2 查询阶段 172

8.3 约束条件 172

8.3.1 运动动力学约束 172

8.3.2 几何约束 173

8.4 基于脉冲推力模式的近距离服务航天器运动规划 173

8.4.1 平动运动规划 174

8.4.2 转动运动规划 178

8.5 仿真算例 182

8.6 本章小结 193

第9章 多服务航天器协同运动规划研究 194

9.1 引言 194

9.2 协同问题概述 194

9.2.1 协同 194

9.2.2 协同运动规划 195

9.3 多服务航天器协同运动规划方法 196

9.3.1 运动规划算法 197

9.3.2 协调策略 197

9.4 仿真算例 198

9.4.1 连续推力模式的敏捷服务航天器协同规划 198

9.4.2 脉冲推力模式的近距离服务航天器协同规划 203

9.5 本章小结 208

第10章 空间自主装配规划的评价方法研究 209

10.1 引言 209

10.2 空间自主装配规划的评价标准 209

10.2.1 空间自主装配规划评价指标的确定 210

10.2.2 主要评价指标的量化模型 211

10.3 经典装配规划评价方法 213

10.4 面向空间自主装配规划的协同式专家决策综合评价方法 216

10.4.1 专家系统 216

10.4.2 协同式专家决策系统的设计 217

10.4.3 装配规划协同式专家决策综合评价方法 219

10.5 空间自主装配规划的评价流程 221

10.6 本章小结 222

参考文献 223