[发明专利]一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法

说明书

本发明提供了一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，针对空间零先验信息目标，通过双目视觉识别、匹配与三维重建方法可实现对目标整体及可抓取部位局部形态与位姿的测量；通过“固定位置双目视觉+运动位置单目视觉”复合测量方法实现对目标可抓取部位位置、姿态信息的多源信息融合处理，提高了信息的准确度和可靠度，也为机械臂自主运动规划提供输入；通过多约束优化搜索算法与在线自主运动规划，实现机械臂可达范围内抓捕路径的实时设计、优化及更新，为机械臂实施抓捕提供输入。

技术领域

本发明涉及一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，属于空间碎片清除技术领域。

背景技术

随着人类对空间资源开发的逐渐深化和空间应用的日益扩大，空间碎片数量不断增加。空间碎片对人类的空间资源开发活动构成了极大的威胁，必须想方设法地控制和减缓空间碎片。目前，机械臂捕获空间碎片等零先验信息是国内外较为主流的一种空间碎片主动清除方法。

如图1所示，空间目标捕获与跟踪过程一般分为调相段、远距离交会段、寻的段、接近段、捕获段等阶段。空间零先验目标通常是非合作的甚至是不合作的。失效航天器等非合作目标无法提供有效的合作信息的空间物体，即通信上不沟通、机体行为上不配合等，并且其运动比较复杂，一般伴随有相对姿态转动甚至翻滚等。空间非合作翻滚目标的捕获是目前航天领域中的一项极具前瞻性和挑战性的课题。

文献《基于视觉的机械臂空间目标抓取策略研究》给出了基于视觉的机械臂空间目标抓取策略。但是，该方法存在一些缺点，不适用于空间零先验信息目标的抓取：

(1)、文中给出的立体视觉及手眼相机算法均基于目标为椭圆(或圆) 特征开展；

(2)、文献中提出的侧重于原理，而并没有涉及目标探测与识别的算法及机械臂运动规划的相关算法；

(3)、文献中给出的是先运行立体视觉流程，再基于手眼相机运行抓取流程，是单一顺序执行的切换策略；

(4)、从系统方案上来说，文献中的地面机器人系统(集成目标探测识别及目标抓捕系统)不需要受到尺寸、重量等约束的限制，类似于工业机器人系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，该方法采用“固定位置双目视觉法+运动位置单目视觉法”复合测量空间零先验信息的方法，从而高效地导引机械臂抓捕目标运动规划。

本发明的技术解决方案是：一种基于多源视觉信息融合的空间零先验目标捕获方法，该方法包括如下步骤：

(1)、对空间零先验信息目标的整体形态进行成像，测量得到目标旋转轴的位置和目标运动速度，根据目标旋转轴的位置和目标运动速度，实时调整飞行器的位置、姿态，使飞行器沿着目标旋转轴方向逼近目标，直至飞行器进入目标的对接走廊；

(2)、根据步骤(1)所述空间零先验信息目标的整体形态，确定目标可抓取部位，之后，进入抓捕过程；

(3)、采用固定位置双目视觉测量方法和运动位置单目视觉测量方法对目标可抓取部位进行测量，得到可抓取部位位置、姿态信息；

(4)、对固定位置双目视觉方法和运动位置单目视觉方法获得的目标可抓取部位位置、姿态信息进行多源信息融合处理，从中确定出较优的可抓取部位位置、姿态信息，以该可抓取部位位置、姿态信息作为输入，进行在线自主运动规划，从而实时更新抓捕机械臂可达范围内抓捕路径，按照规划的路径，调整抓捕机械臂关节位置；

(5)、重复执行步骤(3)～(5)，直至抓捕机械臂的末端执行器抓捕目标为止。

所述步骤(1)通过固定位置双目视觉测量方法对空间零先验信息目标的整体形态进行成像，并得到目标旋转轴的位置和目标运动速度。