[发明专利]一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法

说明书

本发明涉及一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法，包括以下步骤：判断环境中是否有障碍物；如果无障碍物，采用基于IB‑RRT算法的路径规划方法进行路径规划；如果有障碍物，采用冗余机械臂运动学避障方法进行路径规划。本发明能够有效解决RRT*算法规划成功率低、收敛速度慢的问题。不仅能够有效地解决机械臂多个杆件靠近障碍物时引起的震荡问题，还解决了机械臂末端经过障碍物时不能成功通过的问题及避障参数难以调节问题。当机械臂靠近障碍物时，机械臂的优先级从主运动会向附加运动平滑过渡，从而有效地解决机械臂多个杆件靠近障碍物时引起的震荡问题。本发明具有计算精确，收敛速度快，路径平滑，避免震荡等优点。

技术领域

本发明属于空间机器人领域，具体地说是一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法。

背景技术

我国载人空间站的建设将为空间科学实验与前沿科技探索提供理想的平台，特别是国家级太空实验室的建立，使我国具备长期空间微重力实验条件，为空间科学的探索提供有力保障。空间生命科学实验设备是开展空间生命科学与生物技术研究的重要组成部分之一，其功能和技术指标决定了空间生命科学与生物技术研究的深度和广度，对实验任务的完成情况和完成能力起着至关重要的作用。在载人航天科学实验研究的整个发展过程中，手套箱在航天飞机、空间实验室、空间站等舱内进行生命科学、生物技术、材料科学、航天医学等科学实验中被广泛应用；同时，根据实际需求和空间平台的支持能力，手套箱的功能和性能不断提升。随着超冗余度机械臂在航天航空制造、核电设备检修和地震灾后救援等领域的应用不断深入，机械臂运动规划及避障算法逐渐受到学者们的关注。机械臂在有障碍空间运动时，如何规划一条无碰撞平滑的路径，对空间机械臂在空间站上安全运动至关重要。本发明涉及一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法，所研究的空间手套箱机械臂平台为封闭空间内基于圆弧滑动导轨的机械臂。本发明在机械臂运动模型的基础上，研究其障碍物环境下的路径规划及避障问题，为我国空间站机械臂技术的发展提供理论支持。本发明具有计算精确，收敛速度快，路径平滑，避免震荡等优点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种计算精确，收敛速度快，路径平滑，避免震荡的手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法，用来规划其障碍物环境下的路径规划及避障问题，为我国空间站机械臂技术的发展提供理论支持。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法，包含以下步骤：

一种手套箱封闭空间内机械臂的运动规划方法，包括以下步骤：

判断环境中是否有障碍物；

如果无障碍物，采用基于IB-RRT算法的路径规划方法进行路径规划；

如果有障碍物，采用冗余机械臂运动学避障方法进行路径规划。

所述采用基于IB-RRT算法的路径规划方法进行路径规划，包含如下步骤：

(1)用双向搜索策略搜出一条路径；

(2)根据路径直接以随机点为新节点进行局部优化处理；

(3)对于优化后的路径，根据两颗树距离选择最优树；

(4)对最优树上的节点基于三角不等式进行优化；

(5)基于贝塞尔曲线扩展得到最终的路径。

所述采用冗余机械臂运动学避障方法进行路径规划，包含如下步骤：

(1)对机械臂进行碰撞检测；

(2)对机械臂梯度投影法求解附加运动的最优解；

(3)使用附加背离速度法避障算法得到含有机械臂主运动和附加运动的最终解；

(4)进行障碍物避障。

所述用双向搜索策略搜出一条路径，包括以下步骤：