[发明专利]基于多约束的空间机器人智能运动规划方法及系统

说明书

本发明属于机器人运动规划领域，具体涉及了一种基于多约束的空间机器人智能运动规划方法、系统及设备，旨在解决如何实现空间机器人的高精度、高准确性的路径规划，从而实现空间目标交会接近与抓捕自主飞行控制的问题。本发明包括：基于FM*遗传算法进行空间机器人的最优任务分配，获得路径距离最短的遍历序列，并生成空间机器人第一路径；基于高斯滤波器的路径调整方法进行第一路径的调整，使调整后的第二路径符合基于环境特征的机动性约束条件；若未执行的任务分布点发生动态变化，则通过权衡计算代价与路径代价的感知机神经网络进行路径点重规划，获得第三路径。本发明可为空间机器人运动提供易于跟踪、避免碰撞、重规划高效的高质量路径。

技术领域

本发明属于机器人运动规划领域，具体涉及了一种基于多约束的空间机器人智能运动规划方法及系统。

背景技术

众所周知，人类所赖以生存的地球上的资源日渐枯竭，环境越来越差，所以寻找并开发太空中的资源已经成为当前的重要使命。探索太空的任务很多，如建立并维修空间工作站、对卫星的释放、维修以及回收、回收太空垃圾等，目前这些工作只能由宇航员去做。但是太空环境极其恶劣，如致命的太空辐射、昼夜间的高温差以及超真空严重影响了他们的工作，而且会给身体带来很大的危害。所以，要完成空间任务，就需要在太空中建立复杂而庞大的环境控制系统来保证宇航员的生命安全。从安全、工作效率和经济的角度来看，在太空中使用空间机器人来代替宇航员工作不但可降低宇航员所受到的危险，还可以提高工作效率，减少执行任务所需的费用。因此，各空间大国都竞相在空间机器人研究领域投入大量的技术与资金，当下，关于空间机器人的研究已经成为各国航天工程研究的热点。

根据现阶段的技术趋势，未来的新型空间机器人将面向小型化、低成本、高度智能以及可自由飞行发展。因此，自由飞行空间机器人应运而生，且已经称为空间机器人的一个重要研究方向。该系统类似于地面的机械臂系统，由本体（载体飞行器）和机械臂（搭载其上的空间机械臂）组成，二者的关键性区别就在于本体是否固定。一般地，载体飞行器携带有喷气推力装置，可在空间微重力环境下自由地飞行或漂浮，搭配上机械臂和功能不同的各类灵巧机械手，可替代宇航员在空间中执行空间站搭建、大型构件装配、失效卫星的维修或回收、科学试验以及未来可能出现的大规模空间生产任务，有着广阔的应用前景。自由飞行空间机器人必将在未来的空间探索和利用中扮演重要角色。

因此，如何进行空间机器人智能运动规划，如何利用人工智能方法实现空间柔性机械臂对目标的稳定跟踪成为了本领域亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即如何实现空间机器人的高精度、高准确性的路径规划，从而实现空间目标交会接近与抓捕自主飞行控制的问题，本发明提供了一种基于多约束的空间机器人智能运动规划方法，该方法包括：

步骤S10，获取空间机器人待执行任务分布点，基于FM*遗传算法进行空间机器人最优任务分配，获得符合基于最优分配的遍历代价约束条件的待执行任务分布点的路径距离最短的遍历序列；

步骤S20，基于所述待执行任务分布点的路径距离最短的遍历序列，生成空间机器人第一路径；

步骤S30，通过基于高斯滤波器的路径调整方法进行所述空间机器人第一路径的调整，获得符合基于环境特征的机动性约束条件的空间机器人第二路径；

步骤S40，空间机器人基于所述空间机器人第二路径执行任务，并判断未执行的待执行任务分布点是否发生动态变化，若是则跳转步骤S50；否则跳转步骤S70；

步骤S50，通过权衡计算代价与路径代价的感知机神经网络进行动态变化的任务分布点的路径点重规划，获得符合权衡计算代价与路径代价的约束条件的空间机器人第三路径；

步骤S60，空间机器人基于所述空间机器人第三路径执行任务，并判断未执行的待执行任务分布点是否发生动态变化，若是则跳转步骤S50；否则跳转步骤S70；

步骤S70，空间机器人执行任务直至完成所有待执行任务。