[發明專利]可視范圍優先的在軌操作規劃方法

有效

• 申請號: 201710809946.6
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107719712B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 王蔡健;郝扣安;吳軍;施梨;孫美建;韓艷;孟瑤
• 申請（專利權）人: 上海宇航系統工程研究所
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 金家山

本發明提供了一種可視范圍優先的在軌操作規劃方法，通過建立在軌操作任務場景、操作執行者的規劃用數字模型；建立可見視場的規劃用數字模型，在任務場景中設置可見視場的光心位置和視軸指向；建立障礙物干涉檢測表和視場偏好表；調整操作動作初始構型、目標構型、操作過程中的里程點構型，選擇基于隨機采樣的規劃算法，將干涉檢測表和視場偏好約束增加至規劃算法內。本發明解決了空間飛行器總體概念及研制初期對在軌操作任務設計無法有效評判的難題，可在概念設計階段解決在軌操作動作運動軌跡可行性確認，并考慮在軌操作需納入可視范圍這一重要任務執行原則，提高了空間飛行器總體操作任務設計的效率。

技術領域

本發明涉及一種可視范圍優先的在軌操作規劃方法。

背景技術

近年來，為了讓傳統航天器具有更長的在軌壽命，或利用空間組裝技術突破運載上行的規模限制，達到更好的空間應用效益，在軌服務類空間飛行器構想和研制需求層出不窮。具備多自由度運動機構是這類飛行器的顯著特征。另一方面，由于載人航天技術不斷推進，航天員已從單純的空間生存、實施飛行器操作任務，逐漸轉向進行更為復雜的空間應用設備操作，在軌機械臂遙操作任務，出艙進行艙外設備維修維護等任務。這些趨勢使未來空間任務中的在軌操作項目進一步增加。

長久以來，空間飛行器概念設計階段及研制初期，飛行器總體設計任務大多集中關注飛行器軌道設計、主要有效載荷作用范圍及效果、飛行器構型及規模設計等，該階段空間飛行器上在軌操作任務的可行性、優化設計尚沒有出現有效手段。由于在軌操作任務場景中涉及障礙物的分布，對于在軌操作任務的可行性起決定性作用，缺乏在軌操作任務設計手段使得總體設計需為操作任務預留更多的空間資源，可能造成不必要的構型成本，同時對飛行器操作任務場景范圍內設備布局安全性帶來風險。

另一方面，考慮到空間機械臂等多自由度操作機構的可靠性、航天員出艙活動和艙外操作的高風險，飛行器總體設計往往需要將在軌操作的動作控制在地面測控人員或艙內外輔助航天員的視場范圍之內，可在操作進程提供有效的指令和輔助判斷支持。為飛行器總體設計提供具有可見視場偏好的在軌操作任務規劃，符合總體設計需求。目前，還未出現一種可在概念設計階段考慮可見視場的在軌操作任務設計方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可視范圍優先的在軌操作規劃方法，能夠解決空間飛行器總體概念及研制初期對在軌操作任務設計無法有效評判的難題。

為解決上述問題，本發明提供一種可視范圍優先的在軌操作規劃方法，包括：

1）定義軌操作任務場景，建立障礙物、操作執行者的規劃用數字模型；

2）獲取可見視場的規劃用數字模型，在任務場景中設置可見視場的光心位置和視軸指向；

3) 建立操作障礙物的干涉檢測列表和選擇視場區域的偏好列表；

4) 調整操作動作起始構型、目標構型、操作過程中的里程點構型，選擇基于隨機采樣的規劃算法；

5) 根據上述步驟1）～4）確定的輸入，完成項操作任務的軌跡規劃。

進一步的，在上述方法中，所述規劃用數字模型是指對空間飛行器本體所有實體設備、操作執行者的的PRO/E設計模型進行三角化處理，儲存和記錄各三角元頂點的坐標信息，便于后期進行模型干涉檢測的數字模型。

進一步的，在上述方法中，所述可見視場是指空間飛行器設計中空間近景相機視場、航天員人眼視場、艙外人服系統視場、其他觀測類設備的觀測范圍，可見視場的產生設備在空間飛行器上所處位置和姿態、在軌參與任務的航天員操作位置選擇，由飛行器總體設計初步確定。

進一步的，在上述方法中，所述步驟4）包括以下步驟：

4-1)對操作執行者各自由度的表征參數進行調整，在預定的范圍內選擇參數選，以獲取操作執行者需要實現的動作狀態，所述動作狀態所有自由度參數的組合稱為構型；