[发明专利]一种空间机械臂的任务规划方法及系统

说明书

【技术领域】

本发明涉及自动化控制技术，尤其涉及一种空间机械臂的任务规划方法及系统。

【背景技术】

随着空间探索的不断深入，各类航天器的搭建、维修及服务等在轨操作任务变得越发繁重和复杂。由于空间环境具有高真空、强辐射、高低温交变等特点，宇航员出舱执行任务具有很大风险。利用空间机械臂协助甚至代替宇航员执行任务，不仅可以保护宇航员的生命安全，也可以提高作业效率，节省成本。

空间机械臂多处在狭小、复杂和供给匮乏的工作环境中，能源供给和维护保养等方面成本较高，因此其运动过程受到来自自身和外界的多重约束。另外，受计算机性能限制和在轨控制系统可靠性要求，空间机械臂的任务规划方式已无法满足日益复杂的在轨任务需求。

目前，空间机械臂的控制系统主要进行任务规划、路径规划和运动控制三方面，其中任务规划作为控制系统的最高层，负责任务目标的接收、分析，进一步完成任务规划，然而，现有技术中只能实现对简单的直线任务的任务规划，对于比较复杂的任务，如空间机械臂在保持末端姿态恒定不变的前提下绕过障碍物等，还无法实现任务规划。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种空间机械臂的任务规划方法及系统，用以解决现有技术中只能对简单的任务进行任务规划的问题。

本发明实施例提供了一种空间机械臂的任务规划方法，包括：

获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点，包括：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，包括：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点，包括：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点，包括：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价，包括：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f,p_c)+h(p_c)