视觉测量误差对空间机械臂捕获目标卫星控制精度的影响分析

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1、第26卷第3期航天器工程V01．26No．3；!!!生!旦墨里垒堡垦曼堡垒E!兰堕鱼!堕垦垦垦!堕鱼i!视觉测量误差对空间机械臂捕获目标卫星控制精度的影响分析王兴龙周志成曲广吉(中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京100094)摘要空间机械臂通过视觉伺服测量其末端与目标卫星之间的相对位置和姿态信息，以此规划和控制关节运动轨迹，完成捕获操作。文章分析了视觉测量误差对空间机械臂捕获目标卫星控制精度的影响。首先，建立视觉伺服系统的测量误差模型。然后，根据目标卫星捕获控制算法推导了测量误差到单步和最终控制误差的传递模型。最后，通过工程算例仿真，

2、计算分析了不同测量误差对应的相对位置、姿态、线速度和角速度的控制精度，给出了指定控制精度所允许的最大测量误差范围。文章研究结果可为空间机械臂的测量和控制精度指标设计提供参考。关键词空间机械臂；目标卫星捕获；视觉测量误差；控制精度中图分类号：TP241．3文献标志码：ADOI：10．3969／j．issn．1673—8748．2017．03．005InfluenceAnalysisSpaceManipulatorControlofVisualMeasurementErrorsonPrecisionforCapturingaTargetSat

3、elliteWANGXinglongZHOUZhichengQUGuangji(InstituteofTelecommunicationSatellite，ChinaAcademyofSpaceTechnology，Beijing100094，China)Abstract：Spacemanipulatorusesvisualservotomeasuretherelativepositionandattitudeinfor—marionbetweenitsendeffectorandthetargetsatellite，SOastoplan

4、andcontrolitsjointmotiontrajectoriestOcompletethecapturingoperation．Thispaperfocusesontheinfluenceanalysisofvisualmeasurementerrorsonspacemanipulatorcontrolprecisionforcapturingthetargetsatel～lite．ThemeasurementerrormodelofvisualservosystemiSestablished，then，thetransfermo

5、d～elsfrommeasurementerrorstOone-stepandfinalcontrolerrorsarederivedonthebasisoftargetsatellitecapturingcontrolalgorithm．Thecontrolprecisionofrelativeposition，attitude，linearvelocityandangularvelocitycorrespondingtodifferentmeasurementerrorsiscalculatedbynu～mericalsimulati

6、ons．Themaximalmeasurementerrorspermittedbythegivencontrolprecisionarepresentedasconclusions．Theresultsofthispapercanprovidereferencesforthemeasure～mentandcontrolprecisiondesignofthespacemanipulator．Keywords：spacemanipulator；targetsatellitecapturing；visualmeasurementerror；

7、controlpreci—S1nn收稿日期：2017—04—28；修回日期：2017—05—22基金项目：国家自然科学基金(11272334)作者简介：王兴龙，男，博士研究生，研究方向为航天器总体设计、航天器动力学与控制。Email：wangxinglon91987@163．tom。32航天器工程26卷1引言空间机械臂动力学与控制技术口2是航天器在轨服务体系的核心技术之一。服务卫星通过空间机械臂完成对目标卫星的捕获连接∽，在此基础上进一步实施故障修复等在轨服务操作。为减小目标卫星捕获瞬时的碰撞冲击，要求实时规划和控制空间机械臂的运动轨迹，

8、实现机械臂末端对目标卫星捕获接口的相对位置姿态同步跟踪。对于自主控制方式⋯，空间机械臂通过视觉伺服实时采集目标卫星图像信息．输入其控制系统形成闭环反馈控制，因而视觉测量误差对空间机械臂捕获目标