弱引力下小行星动量驱动机器人的可控跳跃行为

作     者：王云飞 张尧 李谋 张景瑞 WANG Yun-fei;ZHANG Yao;LI Mou;ZHANG Jing-rui

作者机构：北京理工大学宇航学院北京100081 

出 版 物：《宇航学报》 (Journal of Astronautics)

年 卷 期：2021年第42卷第5期

页      面：572-580页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金(11972077,11672035) 国防科技重点实验室基金(6142208180103) 

主　　题：小行星探测 动量驱动 跳跃行为动力学 机器学习 

摘      要：以小行星表面着陆探测为背景,提出一种动量驱动机器人(MoRo)以满足弱引力复杂环境下的探测需求。该机器人利用弱引力环境下的摩擦和碰撞特性,通过主动辨识环境参数,规划和控制动量轮以产生期望的驱动力矩,完成可控性跳跃及腾空后的稳定拍照等任务。首先,基于MoRo的动量轮刹车机构特性,分析了MoRo在弱引力环境下的跳跃机理并对其跳跃方式进行了规划;接着考虑动量轮驱动机构三闭环伺服系统的非线性特性,基于Herze碰撞模型和Karnopp摩擦模型建立了MoRo在小行星表面的跳跃行为动力学模型;其次,使用机器学习算法建立环境参数和MoRo运动的函数关系,并基于环境参数规划动量轮转速实现跳跃距离和腾空高度的可控。最后,通过数值仿真校验了MoRo跳跃规划方法和控制方法的可行性。