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第1章 绪论1

1.1 引言1

1.2 空间在轨服务技术研究发展概况2

1.2.1 空间在轨服务技术发展概况2

1.2.2 空间后勤技术研究概述8

1.3 空间在轨装配技术研究发展概况13

1.3.1 具有装配辅助的航天员手动装配阶段14

1.3.2 空间机器人装配阶段17

1.4 装配序列规划的研究发展概况20

1.4.1 经典装配序列规划方法20

1.4.2 虚拟装配序列规划方法20

1.4.3 软计算装配序列规划方法21

1.4.4 基于网络的装配序列规划方法21

1.5 航天器运动规划方法研究概况22

1.5.1 运动规划方法研究概况22

1.5.2 航天器运动规划研究概况25

1.6 装配协同规划的研究发展概况28

1.6.1 协同体系结构28

1.6.2 协同规划方法29

1.6.3 航天器协同问题的研究现状30

1.7 航天器自主体系研究概况33

1.8 本书主要内容35

第2章 空间在轨服务体系及任务分析37

2.1 引言37

2.2 空间在轨服务的概念37

2.3 空间在轨服务体系38

2.3.1 服务体38

2.3.2 服务对象42

2.4 空间在轨服务任务分析43

2.4.1 任务内容43

2.4.2 实现方式45

2.5 空间在轨装配任务体系研究47

2.5.1 装配任务体系分析的目的47

2.5.2 装配任务体系分析策略47

2.5.3 装配任务体系分析的步骤与流程49

2.6 大型空间桁架结构构建方法研究52

2.6.1 可展开结构构建52

2.6.2 太空成形结构构建53

2.6.3 可直立桁架结构构建54

2.7 自主服务航天器近距离操作运动规划体系55

2.7.1 单个自主服务航天器的规划体系56

2.7.2 多自主服务航天器协同规划体系58

2.8 本章小结59

第3章 空间大型桁架结构装配模型的建立60

3.1 引言60

3.2 大型空间桁架结构的装配定义61

3.2.1 桁架装配定义的数学描述61

3.2.2 结构容积单元62

3.2.3 桁架结构的装配可行性准则63

3.3 基于连接矩阵的大型空间桁架结构装配表示模型65

3.3.1 共同杆连接方式的连接矩阵65

3.3.2 共同点连接方式的连接矩阵66

3.3.3 连接杆连接方式的连接矩阵67

3.3.4 连接矩阵建模示例68

3.4 大型空间桁架结构的分层规划表示模型69

3.4.1 分层状态和规划表示69

3.4.2 分层规划建模策略70

3.5 大型空间桁架结构的图形表示模型72

3.5.1 四面体桁架结构的坐标系定义73

3.5.2 四面体桁架结构的图形表示74

3.5.3 四面体桁架结构装配规划的有向图表示76

3.6 本章小结78

第4章 服务航天器模型的建立79

4.1 引言79

4.2 坐标系定义与转换79

4.2.1 坐标系定义79

4.2.2 坐标系转换81

4.3 相对轨道运动模型82

4.3.1 动力学模型82

4.3.2 相对运动显式方程模型84

4.4 本章小结91

第5章 基于蚁群优化算法的空间自主装配序列规划92

5.1 引言92

5.2 蚁群优化算法92

5.2.1 蚁群优化原理93

5.2.2 基本蚁群优化算法95

5.2.3 蚁群优化算法的改进与应用98

5.3 用于空间自主装配序列规划的改进蚁群优化算法99

5.3.1 装配序列的表示100

5.3.2 改进蚁群优化算法101

5.4 基于改进自适应蚁群优化算法的空间自主装配序列规划103

5.4.1 装配序列的表示104

5.4.2 改进自适应蚁群优化算法104

5.5 改进免疫—蚁群算法在空间自主装配序列规划中的应用106

5.5.1 人工免疫算法107

5.5.2 改进免疫—蚁群算法110

5.6 算例仿真及结果分析113

5.6.1 仿真算例113

5.6.2 仿真结果及分析114

5.6.3 算法比较117

5.7 本章小结118

第6章 面向空间自主装配任务的智能协同规划119

6.1 引言119

6.2 基于集合势函数描述的空间自主协同装配问题119

6.2.1 基于集合势函数的空间自主装配控制规律119

6.2.2 基本装配问题描述120

6.3 分布式多空间自主机器人环境下的协同装配规划策略123

6.3.1 分布式多空间自主机器人环境123

6.3.2 面向协同装配规划的模型表述124

6.3.3 协同装配规划策略126

6.4 多空间自主机器人协同装配的两级递阶智能规划算法127

6.4.1 空间桁架结构的分层表示法127

6.4.2 多空间自主机器人连续装配策略128

6.4.3 两级递阶规划概念128

6.4.4 两级递阶智能规划算法129

6.4.5 算例研究及分析131

6.5 本章小结132

第7章 基于连续推力模式的敏捷服务航天器运动规划研究133

7.1 引言133

7.2 快速搜索随机树规划方法134

7.2.1 规划理论的基本要素134

7.2.2 离散规划135

7.2.3 基于采样的规划方法140

7.2.4 快速搜索随机树规划方法理论与应用143

7.3 约束条件149

7.3.1 运动动力学约束149

7.3.2 几何约束149

7.4 基于连续推力模式的敏捷服务航天器运动规划150

7.4.1 运动状态的确定与度量150

7.4.2 局部规划器151

7.4.3 规划问题的基本描述153

7.4.4 必然碰撞区153

7.4.5 规划方法154

7.5 仿真算例157

7.6 本章小结168

第8章 基于脉冲推力模式的近距离在轨服务航天器运动规划研究170

8.1 引言170

8.2 概率路标算法171

8.2.1 预处理阶段171

8.2.2 查询阶段172

8.3 约束条件172

8.3.1 运动动力学约束172

8.3.2 几何约束173

8.4 基于脉冲推力模式的近距离服务航天器运动规划173

8.4.1 平动运动规划174

8.4.2 转动运动规划178

8.5 仿真算例182

8.6 本章小结193

第9章 多服务航天器协同运动规划研究194

9.1 引言194

9.2 协同问题概述194

9.2.1 协同194

9.2.2 协同运动规划195

9.3 多服务航天器协同运动规划方法196

9.3.1 运动规划算法197

9.3.2 协调策略197

9.4 仿真算例198

9.4.1 连续推力模式的敏捷服务航天器协同规划198

9.4.2 脉冲推力模式的近距离服务航天器协同规划203

9.5 本章小结208

第10章 空间自主装配规划的评价方法研究209

10.1 引言209

10.2 空间自主装配规划的评价标准209

10.2.1 空间自主装配规划评价指标的确定210

10.2.2 主要评价指标的量化模型211

10.3 经典装配规划评价方法213

10.4 面向空间自主装配规划的协同式专家决策综合评价方法216

10.4.1 专家系统216

10.4.2 协同式专家决策系统的设计217

10.4.3 装配规划协同式专家决策综合评价方法219

10.5 空间自主装配规划的评价流程221

10.6 本章小结222

参考文献223