[发明专利]一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法

说明书

本发明涉及一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法，属于空间机器人领域；包括如下步骤：构建空间在轨维修机器人的整体架构；进行手眼标定；建立障碍地图并检测维修工具；并进行智能检测，检测视野内的目标类别维修工具，并得到目标的位置发送给控制部分；机械臂末端移动到目标超近距离；高精度位姿估计；将高精度位姿信息传递给控制部分，使机械臂调整末端位姿，使用夹爪抓取目标。本发明公开一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法及装置，能够自主有效的使机器人对目标进行自主感知测量，以方便进行下一步的抓取，从而完成太空维修任务。

技术领域

本发明属于空间机器人领域，涉及一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法。

背景技术

空间机器人是人类对太空进行探索、完成太空任务的重要操作工具，在空间作业中发挥着重要作用。随着科学技术的发展，航天技术不断迭代更新，空间站作业任务逐步变得更为繁杂，执行的任务要求逐步提升，面对危险复杂的太空环境，空间机器人可以帮助人类完成许多高难度、高精度、高危险的操作，从而帮助宇航员完成空间操作任务，提升工作效率，增加任务的成功率与安全性。

在空间站、卫星需要进行维修的情况下，使用空间机器人智能检测目标维修工具，获取目标工具的高精度位姿信息，控制空间机器人抓取维修工具，并使用工具进行维修操作，达到自主维修、节省人力、提高效率与安全性的目的，在实际应用中有一定意义。

以上使用空间机器人进行高精度自主维修的操作需求可以基于固定已知的空间关系来实现。但在实际应用中，空间环境复杂，无法保证目标的模型与位姿已知，在进行复杂的维修操作时，需要高精度的智能操作。而针对模型、信息未知的非合作目标，空间机器人需要对目标首先进行检测，并获取高精度的位姿信息，以保证维修操作步骤的准确。

因此，如何将空间机器人领域和感知、自主操作技术更好的结合起来成了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法，可以更精准、精确的进行维修操作，执行精准的维修任务，更好地节省时间和人力成本。

本发明解决技术的方案是：

一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法，包括：

步骤一、构建空间在轨维修机器人的整体架构，包括控制部分、感知部分和通信部分；控制部分为通过步进电机控制含夹爪的七自由度机械臂；感知部分为在机器人头部安装头部相机，在机械臂末端安装手部相机；通信部分为实现控制部分与感知部分的网络连通；

步骤二、进行手眼标定，确定相机坐标系、机械臂坐标系与大地坐标系的关系；

步骤三、建立障碍地图并检测维修工具：由空间在轨维修机器人的头部相机感知前方信息，建立障碍地图，方便控制部分操作机械臂进行运动；并进行智能检测，检测视野内的目标类别维修工具，并得到目标的位姿

步骤四、机械臂末端移动到目标超近距离：控制部分根据头部相机观察得到的目标位置信息，机械臂末端躲避障碍，移动到目标的超近距离内，使机械臂末端相机能够进行高精度位姿估计；

步骤五、高精度位姿估计：使用机械臂末端的手部相机在超近距离对目标进行智能检测与位姿估计，得到目标的高精度位姿；

步骤六、执行抓取：将高精度位姿信息通过LCM传递给控制部分，使机械臂调整末端位姿，使用夹爪抓取目标。

在上述的一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法，所述步骤一中，头部相机和手部相机均为RGB-D相机；RGB-D相机实现在获得目标RGB图像的同时获取目标距离相机的距离信息，一次性感知到RGB信息与深度信息，避免了分开使用RGB相机与深度相机带来的标定问题。

在上述的一种空间在轨维修机器人目标自主测量方法，所述步骤一中，通信部分的通信方式采用轻量级别通信和编组LCM。