[發明專利]一種基于集合優化的空間操作規劃方法

有效

• 申請號: 201710224820.2
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN106990712B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 朱戰霞;趙素平;唐必偉;靖颯;張紅文;袁建平
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 徐文權<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種基于集合優化的空間操作規劃方法，首先，建立與操作空間中末端執行器位姿向量對應的關節角向量集合；其次，建立關節角向量集合的偏序關系；最后，利用改進的粒子群優化算法在無限個包含無限組關節角向量的集合中選擇與每個時刻對應的最優關節角向量，保證末端執行器按照指定路徑運動，且運動過程中對漂浮基座的姿態擾動最小。本發明適用于末端執行器在操作空間沿指定路徑運動時，基于集合優化得到的關節空間的最優關節運動。

技術領域

本發明屬于空間在軌服務技術領域，具體涉及一種基于集合優化的空間操作規劃方法。

背景技術

基座處于漂浮狀態的空間機器人在執行任務過程中可以節省大量燃料，引起國內外學者的廣泛關注。此外，若機器人自由度冗余，則其具有高度靈敏性，且在執行任務中可以最小化對漂浮基座的姿態擾動或成功避開障礙物等?，F有研究主要是自由度冗余的漂浮空間機器人操作規劃問題以及自由度冗余空間機器人的避障路徑規劃問題，以實現對漂浮基座姿態擾動的最小化，但未對末端執行器的運動做出任何約束限制。

若機器人自由度冗余，則對于操作空間中的一組位姿向量，存在關節空間中的無限組關節角向量與之對應。因此，機器人運動過程中，在每個時刻均存在關節空間中的無限組關節角向量與此時的末端執行器位姿向量對應。如何選擇每個時刻的關節角向量，使末端執行器在該時刻到達指定位姿，且運動過程中實現對漂浮基座的姿態擾動最小，達到降低空間燃料的目的，是十分有必要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于集合優化的空間操作規劃方法，解決基座處于漂浮狀態的自由度冗余空間機器人末端執行器運動時，如何選擇每個時刻的關節角向量，保證末端執行器在該時刻到達指定位姿，且運動過程中實現對漂浮基座的姿態擾動最小，達到降低空間燃料的目的。

本發明采用以下技術方案：

一種基于集合優化的空間操作規劃方法，包括以下步驟：

S1、建立與操作空間中末端執行器位姿向量對應的關節角向量集合；

S2、建立關節角向量集合的偏序關系；

S3、利用粒子群優化算法在無限個包含無限組關節角向量的集合中選擇與每個時刻對應的最優關節角向量。

優選的，步驟S1中，所述關節角向量集合為：

F:X_EE→2^Q

其中，X_EE表示操作空間中的一點，Q表示與操作空間點對應的關節角向量集合。

優選的，末端執行器在操作空間運動時，對應的關節運動如下：

F(X_EE(t)):X_EE(t)→2^Q(t)

其中，X_EE(t)為末端執行器在t時刻的位姿向量。

優選的，步驟S2中，所述關節角向量集合的偏序關系為：

其中，q^*(t)為t時刻與末端執行器位姿對應的最優關節角向量，t_f為終止時間。

優選的，步驟S3中，根據所述偏序關系，利用粒子群優化算法對基于集合優化的操作規劃進行尋優求解，具體為：