[發明專利]空間機器人在軌維修的視覺伺服操控方法

有效

• 申請號: 201710629709.1
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107398901B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 劉冬雨;劉宏;何宇;張柏楠;李志奇;劉伊威;金明河
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

空間機器人在軌維修的視覺伺服操控方法，屬于載人航天器總體設計技術領域。本發明的方法是：通過全局相機記錄并計算出當前位姿^CT_t(t₀)，以該位姿定義機器人機械手抓握電動工具后旋擰螺釘期間的電動工具標稱位姿和對應的坐標系F_t；機械手抓握電動工具通過全局相機視覺伺服完成旋擰螺釘的定位；在旋擰螺釘任務期間，機械手抓握電動工具，在全局相機視覺引導下進行視覺伺服的閉環控制，電動工具在機器人機械臂帶動下運動至旋擰螺釘的標稱位姿，實現電動工具對螺釘的對準操作。本發明提出的一種基于人機協同的空間機器人在軌維修的視覺伺服操控方法，采用全局相機直接測量電動工具位姿引入機器人閉環系統，該方法可實現在軌拆除螺釘的精細維修操作。

技術領域

本發明涉及一種空間機器人在軌維修的操控方法，屬于載人航天器總體設計技術領域。

背景技術

機器人在軌服務和維護可以延長衛星的壽命，不需要發射新的替換衛星，顯著節省更換成本。空間機器人在國際空間站組裝、載荷照料和空間技術試驗和“和平號”空間站組裝等方面都可以得到廣泛應用。

我國空間機器人在軌維修維護操作，特別是針對真實的航天器功能部件和通用維修工具的在軌維修操作鮮有研究，國際上已經成功在軌飛行的在軌服務驗證項目中也未見應用和實施。

發明內容

本發明的目的在于提供一種空間機器人在軌維修的視覺伺服操控方法，它采用一種面向艙內在軌可更換單元緊固件維修的空間機器人視覺伺服操控策略，用以空間機器人在軌服務方案系統設計和分析。

本發明基于人機協同的空間機器人在軌維修視覺伺服操控策略，采用全局相機直接測量電動工具位姿引入機器人閉環系統，該策略可實現在軌拆除螺釘的精細維修操作。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

本發明的空間機器人在軌維修的視覺伺服操控方法，所述的方法包括以下步驟：

步驟一：航天員在軌標定電動工具旋擰螺釘的目標位姿；

通過全局相機記錄出電動工具當前位姿^CT_t(t₀)，以該位姿定義機器人機械手抓握電動工具后旋擰螺釘期間的電動工具標稱位姿和對應的坐標系F_t；

步驟二：所述的機械手抓握電動工具通過全局相機視覺伺服完成旋擰螺釘的定位；

在旋擰螺釘任務期間，機械手抓握電動工具，在全局相機視覺引導下進行視覺伺服的閉環控制，電動工具在機器人機械臂帶動下運動至旋擰螺釘的標稱位姿，實現電動工具對螺釘的對準操作；

本步驟中，通過標定結果當前位姿^CT_t(t₀)和視覺實時測量^CT_t(t)形成對機械手抓握電動工具后的位姿T(t)閉環控制，將所述的機械臂基座安裝誤差、機械手與電動工具間的抓取誤差、模擬維修單機的安裝誤差以及全局相機的安裝誤差規避掉，其中，^CT_t(t)∈R^4×4為機械手旋擰螺釘期間全局相機實時測量得到的電動工具相對全局相機測量坐標系的變換矩陣，T(t)∈R^4×4為電動工具相對機械臂基座坐標系的變換矩陣；

在本步驟中，閉環控制的解析點為電動工具末端坐標系F_t的位姿，而非機械手抓握坐標系F_e位姿，這種方法導致抓握電動工具前后末端坐標系的D-H參數發生變化，因此，需設計一個適應這種變化的視覺伺服控制器，視覺伺服控制器和控制算法的實施方案包含以下兩個步驟：

(1)視覺伺服控制器設計與分析；