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
• 来源期刊: 宇航学报
• 关键词: 小行星探测 动量驱动 跳跃行为动力学 机器学习
• 年，卷（期）: 2021,（5）
• 所属期刊栏目: 飞行器设计与力学|Flight Vehicle Design and Mechanics
• 页码范围: 572-580
• 页数: 9页
• 分类号: V412.4+2
• 语种: 中文
• DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2021.05.004

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.