第1章 绪论 1
1.1 空间绳系机器人的定义 1
1.2 空间绳系机器人的产生与发展 3
1.2.1 空间机器人 3
1.2.2 空间绳系技术 22
1.2.3 空间绳系机器人 33
1.3 空间绳系机器人的应用与研究方向 38
1.4 本书内容介绍 39
第2章 空间绳系机器人系统 40
2.1 空间绳系机器人组成结构 40
2.2 空间绳系机器人任务流程 42
2.2.1 平台变轨 42
2.2.2 目标捕获 57
2.2.3 拖曳变轨 58
2.3 空间绳系机器人分系统介绍 59
2.3.1 分离释放分系统 59
2.3.2 目标操作分系统 69
2.3.3 状态测量分系统 74
2.3.4 飞行控制分系统 77
2.3.5 综合管理分系统 80
2.4 电源与供配电方案 86
2.5 热控方案 88
2.6 小结 90
第3章 空间绳系机器人动力学／运动学 91
3.1 空间绳系机器人系统的动力学／运动学建模 92
3.1.1 基于珠子模型的建模与求解 92
3.1.2 基于Ritz法的建模与求解 96
3.1.3 基于混合单元法的建模与求解 100
3.1.4 基于牛顿—欧拉矢量方法的建模与求解 103
3.1.5 基于Hamilton原理的建模与求解 124
3.2 空间绳系机器人系统的动力学特性分析 139
3.2.1 平衡状态分析 139
3.2.2 纵向振动分析 141
3.2.3 碰撞特性分析 144
3.2.4 径向释放特性分析 148
3.2.5 切向释放特性分析 149
3.2.6 回收运动特性分析 151
3.3 小结 154
第4章 空间绳系机器人的感知测量技术 155
4.1 内部感知测量技术 157
4.1.1 位置传感器 157
4.1.2 角度传感器 158
4.1.3 速度传感器 159
4.1.4 加速度传感器 159
4.1.5 陀螺仪 160
4.1.6 GPS 161
4.2 外部非视觉感知测量技术 162
4.2.1 触觉传感器 162
4.2.2 力或力矩传感器 164
4.2.3 接近觉传感器 165
4.2.4 滑觉传感器 166
4.2.5 测距传感器 167
4.2.6 其他外部传感器 168
4.3 基于视觉的感知测量技术 169
4.3.1 图像预处理及基元提取 171
4.3.2 远场方位角量测方案 190
4.3.3 近场相对位姿量测方案 204
4.3.4 空间绳系机器人目标跟踪与测量实验 231
4.4 小结 242
第5章 空间绳系机器人的轨迹规划技术 243
5.1 航天器轨迹规划问题概述 243
5.1.1 航天器轨迹规划问题分类 244
5.1.2 航天器轨迹规划主要方法 245
5.2 空间绳系机器人逼近目标轨迹规划简介 254
5.3 基于速度增量的机器人逼近轨迹规划 256
5.3.1 基于速度增量的逼近轨迹规划方法 257
5.3.2 基于速度增量的V-bar方向逼近规划仿真 263
5.3.3 基于速度增量的R-bar方向逼近规划仿真 274
5.3.4 基于速度增量的任意方向逼近规划仿真 286
5.4 基于常推力的机器人逼近轨迹规划 297
5.4.1 基于常推力的逼近轨迹规划方法 297
5.4.2 基于常推力的V-bar方向逼近规划仿真 299
5.4.3 基于常推力的R-bar方向逼近规划仿真 306
5.5 基于变推力的机器人逼近轨迹规划 307
5.5.1 基于变推力的逼近轨迹规划方法 307
5.5.2 基于变推力的V-bar方向逼近规划仿真 310
5.5.3 基于变推力的R-bar方向逼近规划仿真 313
5.5.4 基于变推力的任意方向逼近规划仿真 316
5.6 空间绳系机器人规划控制力的优化分配 319
5.6.1 空间绳系机器人规划控制力优化分配方法 319
5.6.2 规划控制力优化分配仿真分析 322
5.7 小结 327
第6章 空间绳系机器人逼近控制技术 329
6.1 基于推力器的空间绳系机器人逼近控制方法 330
6.1.1 空间绳系机器人逼近动力学模型 330
6.1.2 空间绳系机器人逼近控制器设计 332
6.2 考虑平台运动的空间绳系机器人逼近位置协调控制 345
6.2.1 空间绳系机器人目标逼近动力学模型 345
6.2.2 空间绳系机器人逼近控制器的设计 346
6.3 基于可移动系绳点的空间绳系机器人逼近姿态协调控制 352
6.3.1 基于可移动系绳点的空间绳系机器人姿态动力学模型 353
6.3.2 空间绳系机器人逼近姿态控制任务分析 357
6.3.3 空间绳系机器人逼近姿态控制器设计 358
6.4 考虑系绳姿态干扰的空间绳系机器人逼近协调控制 367
6.4.1 空间绳系机器人逼近轨道／姿态动力学模型 367
6.4.2 空间绳系机器人逼近协调控制总体流程 369
6.4.3 空间绳系机器人逼近位置协调控制器设计 370
6.5 小结 378
第7章 空间绳系机器人的捕获后处理技术 379
7.1 空间绳系机器人／目标复合体姿态协调控制 379
7.1.1 空间绳系机器人／目标复合体姿态动力学模型 379
7.1.2 空间绳系机器人／目标复合体姿态协调控制方法 383
7.2 空间绳系机器人的回收技术 392
7.2.1 空间绳系机器人回收动力学建模 392
7.2.2 基于闭环反馈的空间绳系机器人回收控制 397
7.3 空间绳系机器人的拖曳变轨技术 408
7.3.1 空间绳系机器人拖曳变轨动力学建模 408
7.3.2 基于伪谱法的空间绳系机器人最优拖曳技术 415
7.3.3 基于滚动时域优化的空间绳系机器人拖曳控制技术 424
7.3.4 空间绳系机器人分离变轨技术 425
7.4 小结 429
参考文献 430