微小空间机器人“积极”逼近与抵靠未知非合作翻滚目标关键技术研究

Proximity and docking operation of space robot is the prerequisite of all on-orbit servicing missions and also recognized as a technique challenge. Micro space robot is an obvious space technique trend. The use of micro space robot can significantly help the widespread applications of on-orbit servicing missions. However, due to the limited sensing and mobility capabilities, the proximity and docking operation of micro space robot to unknown non-cooperative tumbling target is extremely challenging. ..For micro space robot with monocular camera, we propose an “active” proximity and docking approach that can completely utilize its potential under current sensor and actuator configuration. The approach can achieve a safe and effective proximity and docking operation...Considering the overall mission, we separate the proximity and docking operation into several stages. We then study different navigation and control methods for each stage based on obviously different imaging effects. They are long-range angles-only navigation and control; middle-range simultaneous visual sensing and navigation; close-range local view precise navigation. We also conduct extensive experiments to validate the proposed approach. ..The idea originates from real micro space robot development project. The proposed approach tries to solve the common proximity and docking problem for a class of micro space robots and has significances on both acedemic and application aspects.

空间机器人逼近和抵靠非合作目标是在轨服务任务前提，也是目前国际公认的空间技术“难题”。微小型空间机器人是航天技术发展的重要趋势之一，可极大推动在轨服务的广泛应用。但鉴于其有限的感知性能与运动能力，微小空间机器人对未知非合作翻滚目标的逼近和抵靠是“难题中的难题”。.项目拟针对搭载着单目相机的微小空间机器人，提出一种更加“积极”的逼近和抵靠策略，立足于现有传感器和执行器，最大化发挥微小空间机器人自身潜能，实现对未知非合作翻滚目标有效且安全的逼近与抵靠操作。 .项目采用方案全过程协调、分阶段讨论的研究思路，根据目标在远、中、近距离下不同成像特点，分别开展远距离逼近纯角度导航与控制、中距离逼近视觉同步感知与导航联合方法、近距离抵靠局部视场精确导航等研究，并开展地面实验验证。.项目科学问题源自工程需求，尝试解决一类微小空间机器人逼近和抵靠非合作目标任务的共性问题，具有重要的学术意义和工程应用价值。

空间机器人逼近和抵靠非合作目标是在轨服务任务前提，也是目前国际公认的空间技术“难题”。微小型空间机器人是航天技术发展的重要趋势之一，可极大推动在轨服务的广泛应用。但鉴于其有限的感知性能与运动能力，微小空间机器人对未知非合作翻滚目标的逼近和抵靠是“难题中的难题”。项目针对搭载着单目相机的微小空间机器人，提出了一种更加“积极”的全流程逼近和抵靠策略，立足于现有传感器和执行器，最大化发挥微小空间机器人自身潜能，实现对未知非合作翻滚目标有效且安全的逼近与抵靠操作。项目根据目标在远、中、近距离下不同成像特点，分别开展了微小空间机器人对非合作翻滚目标逼近中的远距离纯角度导航技术、微小空间机器人对非合作翻滚目标中距离三维定位与重建技术、微小空间机器人对非合作翻滚目标近距离精确逼近与抵靠技术等。项目还搭建了基于移动机器人的地面验证平台对所提方法进行了充分验证。项目的科学问题源自工程需求，尝试解决一类微小空间机器人逼近和抵靠非合作目标任务的共性问题，具有重要的学术意义和工程应用价值。项目发表了8篇高水平国际期刊论文。依托项目部分成果，项目负责人获得国家优秀青年科学基金、陕西省自然科学一等奖、陕西省科技创新团队等荣誉和奖励。