液体填充空间机器人

微重力下液体定位

一种考虑液体晃动与机械臂耦合的空间机器人平台，通过轨迹规划可在不施加额外控制力的情况下减小液体燃料位置偏移。

Yu, Lu · 岳宝增

Aerospace Science and Technology 2025

技术优势

大幅晃动建模高效

移动脉动球模型能描述液体大幅晃动，避免了计算流体力学方法的巨大计算量，适合空间机器人耦合动力学实时仿真。

CFD验证一致性高

模型得到的液体运动、晃动力和力矩与计算流体力学仿真结果高度一致，验证了模型的有效性。

无需额外控制力

通过轨迹规划即可最小化液体燃料位置偏差，不需要施加额外的控制力和力矩，减轻了航天器执行机构的负担。

应用场景

• 自由漂浮空间机器人：为自由漂浮空间机器人在执行任务时提供液体晃动影响下的精确动力学模型和轨迹优化方法。
• 微重力液体管理：通过轨迹规划抑制液体燃料晃动，实现微重力下液体定位，保障贮箱稳定。
• 机器人动力学与控制：为含液体负载的机器人系统提供耦合动力学建模与无额外控制力的轨迹规划方法。
• 多体系统动力学：将液体晃动等效为移动脉动球，与刚体机械臂组成统一多体系统进行高效递推动力学计算。
• 空间在轨服务：在轨服务中机械臂操作可能引起液体晃动，该方法可规划轨迹以减少对服务航天器姿态的扰动。