[發明專利]利用空間機械手操作系統實現人機協同擰松螺釘操作方法

有效

• 申請號: 201810159679.7
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108161940B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 劉伊威;劉宏;金明河;倪風雷;李志奇;范春光;李重陽;劉冬雨
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

利用空間機械手操作系統實現人機協同擰松螺釘操作方法，屬于空間機械手操作技術領域。以解決現有機器人無法對準和插入螺釘、難以完成擰螺釘操作的難題。本發明的方法包括兩個工作環節，第一環節是航天員抓握手電鉆示教擰被操作螺釘位置，第二個環節是機械手自主抓握手電鉆擰被操作螺釘。航天員離線示教擰被操作螺釘的操作位置，航天員抓握手電鉆放置在被操作螺釘位置，全局相機測量手電鉆位置。機械手自主抓握手電鉆擰螺釘，全局相機測量手電鉆位姿、視覺實時伺服機械手運動，手電鉆插入螺釘過程中機械手柔順控制。本發明解決了對電動工具的抓握位姿控制、對被操作螺釘的精確對準、操作過程機械手的柔順控制等難題。

技術領域

本發明涉及一種人機協同空間機械手擰松螺釘的方法，屬于空間機械手操作技術領域。

背景技術

在過去三十幾年里，隨著空間實驗室、空間站、探月以及深空探測與開發等領域的空間活動、空間設施的不斷增加，空間機器人得到了迅速的發展，起到越來越重要的作用。針對空間站應用的大型機械手，如加拿大航天飛機機械手和國際空間站機械手、日本空間站機械手等，利用空間機器人完成大型設備的在軌搬運和裝配等，極大地提高了空間設施的建造和運營效率。為了保障空間設施的可靠運行、延長在軌壽命，通過空間機器人對空間設施的捕獲、維修維護、釋放、回收等操作，是修復故障衛星、燃料補加、設備設計等的重要手段。

通過空間機械手與人類航天員協同完成大量危險、繁重、簡單重復的空間操作，實現兩者的互補，充分發揮實現人類航天員的智力、經驗優勢與機器人的環境適應性優勢，將極大地提高空間操作的安全性和操作效率，空間機械手與人類航天員的協同作業是未來空間作業的重要方式。

空間操作的操作對象很多，但典型的作業動作包括抓握、對準、拔插、旋擰等，逐步實現每一個典型動作是實現空間維修作業的基礎。其中機械手抓握電動工具擰松螺釘是一項重要的在軌維修作業任務。現有的空間機器人缺乏力感知和局部自主控制能力，難以實現對電動工具位姿可控的抓握、對螺釘的精確對準、操作工程機械手的柔順控制等，無法完成擰松螺釘操作。

發明內容

本發明目的在于提出一種利用空間機械手操作系統實現人機協同擰松螺釘操作方法，以解決現有空間機器人難以實現對電動工具的抓握位姿控制、對螺釘的精確對準、操作過程機械手的柔順控制等難題。

人類航天員示教電動工具的擰螺釘位姿，空間機械手基于視覺、力覺等自主完成擰松螺釘操作。該項發明驗證了人類航天員與空間機械手協同開展空間在軌維修維護的可行性，應用領域包括空間站、月球基地、深空探測等。

實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

利用空間機械手操作系統實現人機協同擰松螺釘操作方法，所述的空間機械手操作系統包括支架、機械手、維修操作平臺組件及全局相機，所述的機械手包括機械臂、靈巧手和連接法蘭盤，所述的連接法蘭盤、機械臂及靈巧手依次連接，所述的維修操作平臺組件包括電動工具固定筒、被操作螺釘及維修操作平臺，所述的電動工具固定筒固定在維修操作平臺上，所述的被操作螺釘擰固在維修操作平臺上，所述的維修操作平臺與支架固定連接；所述的連接法蘭盤與支架固定連接，機械手位于維修操作平臺組件的上方，所述的全局相機固定在支架上并位于維修操作平臺組件的側上方；所述的方法包括如下步驟：

步驟一：航天員示教擰被操作螺釘工作位置；

電動工具插裝在維修操作平臺組件的電動工具固定筒內，位置點定義為A1，航天員抓握電動工具，并將電動工具從電動工具固定筒內提出，將對準工裝放在電動工具的刀頭前端，之后，放置在被操作螺釘上，借助對準工裝保證電動工具的刀頭與被操作螺釘對準，電動工具的刀頭與被操作螺釘之間的間距為20mm，此時，電動工具的刀頭位置定義為A4；

步驟二：全局相機識別航天員示教后的電動工具位姿；