空间机器人捕获动力学与控制

本书以空间机器人抓捕空间非合作目标为对象，详细介绍了抓捕前、抓捕中、抓捕后的相关理论与方法，内容包括：抓捕前的非合作目标的智能识别、运动观测、运动预测、近距离交会、姿态演化、主动消旋等，抓捕中的空间机器人无扰路径规划控制技术及几种抓捕策略，抓捕后的非合作目标惯性参数辨识技术、卫星组合体消旋及姿态快速稳定控制技术。另外还详细介绍了空间机器人关节柔性及摩擦建模、容错控制、追逃博弈等。本书内容是作者多年来在空间机器人技术方面的研究成果汇总，具有系统性和新颖性。
本书可供从事空间机器人技术研究的学者和工程技术人员阅读与使用，对于从事航天器动力学研究的学者也具有借鉴作用。

前言
第1章 绪论
1.1 研究目的和意义
1.2 发展历程和研究动态
1.3 典型的空间机器人研究计划
1.3.1 美国空间机器人计划
1.3.2 加拿大空间机器人计划
1.3.3 欧洲空间机器人计划
1.3.4 日本空间机器人计划
1.3.5 我国空间机器人计划
1.4 本书主要内容
参考文献
第2章 空间机器人动力学建模
2.1 引言
2.2 空间机器人系统描述
2.3 单体动力学方程
2.4 系统运动学方程
2.5 系统动力学方程
2.6 数值仿真
2.6.1 刚性空间机器人
2.6.2 柔性空间机器人
2.7 本章小结
参考文献
抓捕前：智能识别、运动观测、运动预测、近距离交会、姿态演化、主动消旋
第3章 基于点云技术的空间非合作目标智能识别
3.1 引言
3.2 点云分割识别算法比较
3.2.1 PointNet算法和PointNet++算法
3.2.2 SPLATNet算法
3.2.3 SO-Net算法
3.2.4 算法比较
3.3 点云数据集的构建
3.3.1 卫星完整点云数据集的构建
3.3.2 卫星非完整点云数据集的构建
3.4 各点云算法的性能分析
3.4.1 分割准确率
3.4.2 分割实际效果
3.5 本章小结
参考文献
第4章 空间非合作目标运动观测技术
4.1 引言
4.2 基于灰度图像的运动观测技术
4.2.1 直接法的基本原理
4.2.2 LSD-SLAM方法的基本原理
4.2.3 数值仿真
4.3 基于深度图像的运动观测技术
4.3.1 坐标系的定义和相对位姿参数
4.3.2 位姿估计方案
4.3.3 数值仿真
4.4 本章小结
参考文献
第5章 空间非合作目标运动预测技术
5.1 引言
5.2 运动预测的基本假设及基本理论
5.2.1 目标卫星的质心运动方程
5.2.2 目标卫星的姿态运动方程
5.3 动力学参数的估计
5.3.1 UKF
5.3.2 观测数据中噪声标准差的估计方法
5.3.3 很优化方法提高xrot和xtran的估计精度
5.4 数值仿真
5.4.1 收敛准则
5.4.2 仿真结果
5.5 本章小结
参考文献
第6章 空间非合作目标近距离交会技术
6.1 引言
6.2 动力学模型
6.2.1 质心运动微分方程
6.2.2 姿态运动微分方程
6.3 非奇异终端滑模控制器的设计
6.4 基于非线性干扰观测器的自适应滑模控制方法
6.4.1 自适应滑模控制方法
6.4.2 ASM位姿运动跟踪控制器
6.4.3 对ASM控制器的改良
6.5 期望位姿运动的规划
6.5.1 期望质心运动的规划
6.5.2 期望姿态运动的规划
6.6 改进的运动规划
6.6.1 临界阻尼弹簧振子的自由运动规律
6.6.2 改进后期望质心运动的规划
6.6.3 改进后期望姿态运动的规划
6.7 数值仿真
6.7.1 不受控翻滚目标的情形
6.7.2 受控翻滚目标的情形
6.7.3 改进后的运动规划方法
6.7.4 对三种位姿跟踪控制算法的比较
6.7.5 MonteCarlo仿真
6.8 本章小结
参考文献
第7章 空间大质量非合作目标姿态演化机理
7.1 引言
7.2 航天器的运动方程及无量纲化
7.2.1 模型描述
7.2.2 航天器的运动方程
7.2.3 运动方程的无量纲化
7.3 Melnikov方法的应用
7.3.1 无扰系统的相空间
7.3.2 Melnikov判据
7.4 数值仿真
7.4.1 航天器系统的演化轨迹类型
7.4.2 参数子空间中Melnikov判据分析
7.4.3 Melnikov方程的解析和数值结果比较
7.5 本章小结
参考文献
第8章 空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略
8.1 引言
8.2 消旋系统的动力学建模
8.2.1 模型描述
8.2.2 能量耗散航天器的姿态演化
8.2.3 消旋系统的动力学模型
8.3 消旋系统的接触模型
8.3.1 接触检测
8.3.2 Hertz接触理论
8.4 数值仿真
8.4.1 空间目标的姿态演化仿真
8.4.2 空间目标的消旋仿真
8.4.3 不同运动参数对消旋效果的影响
8.5 本章小结
参考文献
第9章 空间大质量非合作目标抓捕前主动消旋策略
9.1 引言
9.2 对心接触保持控制器
9.3 消旋操作接触保持控制策略
9.4 数值仿真
9.4.1 过阻尼控制方法有效性评估
9.4.2 消旋操作接触保持策略有效性评估
9.4.3 控制阻尼对控制性能的影响
9.5 本章小结
参考文献
抓捕中：无扰路径规划控制、抓捕策略
第10章 空间机器人无扰路径规划控制技术
10.1 引言
10.2 双臂空间机器人的结构描述
10.3 双臂空间机器人的动力学建模
10.3.1 动力学