[发明专利]一种七自由度空间机械臂自主避障规划方法

说明书

一种七自由度空间机械臂自主避障规划方法，首先在任务空间对七自由度空间机械臂的末端进行路径规划，得到末端的运动路径点数据，然后依次选取末端的运动路径点数据，固定任一冗余关节角度进行逆运动学计算，得到当前末端的运动路径点数据对应的其它关节的角度，最后对得到的当前末端的运动路径点数据对应的所有关节的角度进行碰撞检测，通过对固定的关节角度进行自适应调整，得到所有末端的运动路径点数据对应的七自由度空间机械臂的自主避障规划。

技术领域

本发明涉及一种七自由度空间机械臂自主避障规划方法。

背景技术

空间机械臂在执行空间操作的过程中，如何保证其安全性是空间机械臂技术发展面临的一个重要问题。当空间机械臂进行空间操作时，由于空间机械臂、以及目标物的附近通常安装有其他产品，因此运动过程中需要考虑与障碍物之间的碰撞问题。然而，由于天地传输大延时的存在，通过地面监控无法实现对空间机械臂的实时保护，这就要求空间机械臂具备在轨自主避障的能力。在轨自主避障技术是确保空间机械臂系统安全稳定运行的关键问题，也是提高空间机械臂自主能力和智能水平的重要问题。

目前的空间机械臂路径规划方法主要包括两大类：自由空间法和人工势场法。自由空间法将障碍物映射到C空间，形成C空间障碍，那么C空间的补集就对应自由空间，然后在自由空间中搜索一条无碰路径进行运动。人工势场法对障碍物定义一个排斥势场，对目标定义一个吸引势场，机械臂在两个势场的作用下进行运动，从而实现避障规划。

上述文献的技术方案的缺点主要体现在：(1)计算量都很大，尤其是对于多自由度冗余机械臂，而由于空间辐照环境的影响，空间机械臂所选用的宇航级处理器计算性能较差，因此很难满足上述方法实时计算的要求；(2)上述方法由于实现复杂因此导致实时性较差，主要用于离线避障规划，很难实现在线避障规划。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种七自由度空间机械臂自主避障规划方法，计算量小、易于工程实现，非常适合处理器计算能力不足的空间机械臂系统。

本发明的技术解决方案是：一种七自由度空间机械臂自主避障规划方法，包括如下步骤：

(1)在任务空间对七自由度空间机械臂的末端进行路径规划，得到末端的运动路径点数据；

(2)依次选取末端的运动路径点数据，固定任一冗余关节角度进行逆运动学计算，得到当前末端的运动路径点数据对应的其它关节的角度；

(3)对得到的当前末端的运动路径点数据对应的所有关节的角度进行碰撞检测，通过对固定的关节角度进行自适应调整，使得当前末端的运动路径点数据对应的七自由度空间机械臂与障碍物不发生碰撞；

(4)重复上述过程，直至得到所有末端的运动路径点数据对应的七自由度空间机械臂的自主避障规划。

所述的在任务空间对七自由度空间机械臂的末端进行路径规划，得到末端的运动路径点数据的方法为：

(11)根据任务需求确定七自由度空间机械臂末端需要到达的目标位置、姿态；

(12)根据目标位置、姿态在任务空间对七自由度空间机械臂末端的运动进行路径规划，得到七自由度空间机械臂末端的N个运动路径点数据Ei，i＝1,2，……，N，其中，N为正整数。

所述的依次选取末端的运动路径点数据，固定任一冗余关节角度进行逆运动学计算，得到当前末端的运动路径点数据对应的其它关节的角度的方法为：

(21)选取七自由度空间机械臂的7个关节中的任一冗余关节k，固定该关节的角度为θ_k，得到等效六自由度空间机械臂，其中，1≤k≤7，且k为整数，θ_k的初值为0；