[發(fā)明專利]一種空間組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010323620.4
• 申請(qǐng)日: 2020-04-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111546376A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣再男;梁孟德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發(fā)明是一種空間組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法。所述方法為采用球體與膠囊體結(jié)合的包圍盒方法對(duì)組合機(jī)械臂進(jìn)行球體和膠囊體包圍盒的模型包絡(luò)，所述組合機(jī)械臂由核心艙機(jī)械臂和實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂組合，并對(duì)包絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；根據(jù)組合機(jī)械臂實(shí)際任務(wù)給定組合機(jī)械臂所需參數(shù)；根據(jù)各關(guān)節(jié)角度，進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)變換，得到組合機(jī)械臂新的位姿，實(shí)現(xiàn)快速自身碰撞檢。本發(fā)明能夠保證在有限資源下針對(duì)組合機(jī)械臂嵌入式系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)有效檢測(cè)自身碰撞。實(shí)際在對(duì)組合空間機(jī)械臂操作時(shí)，改進(jìn)的碰撞算法能極大地縮短檢測(cè)時(shí)間，提高了快速自身碰撞檢測(cè)方法的實(shí)時(shí)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間組合機(jī)械臂遙操作技術(shù)領(lǐng)域，是一種空間組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是空間站、航天飛機(jī)、空間機(jī)器人等的誕生及成功應(yīng)用，空間機(jī)械臂作為在軌支持、服務(wù)的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入太空,并越來(lái)越受到人們的關(guān)注。我國(guó)空間站機(jī)械臂系統(tǒng)由核心艙機(jī)械臂和實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂構(gòu)成，核心艙機(jī)械臂和實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂可以雙臂組合，從而可以擴(kuò)大工作空間實(shí)現(xiàn)更大范圍作業(yè)。在空間組合機(jī)械臂狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂在核心艙機(jī)械臂的支持下精確定位、操作，跨艙段轉(zhuǎn)移自身基座位置的能力。

目前，碰撞檢測(cè)領(lǐng)域的主要問(wèn)題是實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性之間的矛盾。影響精確性的主要因素是場(chǎng)景中模型的精確程度，模型越精細(xì)，仿真出來(lái)的效果越好，但相應(yīng)地?cái)?shù)據(jù)量也會(huì)增大，導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)間增加、實(shí)時(shí)性變差。本發(fā)明主要研究組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法，在保證準(zhǔn)確性的前提下提高實(shí)時(shí)性。

由于現(xiàn)有的碰撞檢測(cè)方法存在實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性之間的矛盾，所以本發(fā)明將針對(duì)組合機(jī)械臂自身碰撞，研究最適合的碰撞檢測(cè)方法。最終決定采用包圍盒技術(shù)實(shí)現(xiàn)組合機(jī)械臂的快速自身碰撞檢測(cè)。為了保證組合機(jī)械臂的工作安全，根據(jù)中央控制器的碰撞檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)防止組合機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與自身發(fā)生碰撞的目標(biāo)。

目前針對(duì)空間機(jī)械臂的快速碰撞方法有球體、圓柱體、K-DOP、OBB以及AABB等方法。無(wú)論圓柱體、K-DOP、OBB還是AABB包圍盒方法都各自有缺點(diǎn)，并且與空間機(jī)械臂碰撞檢測(cè)要求不相符。球體包圍盒相對(duì)簡(jiǎn)單且旋轉(zhuǎn)時(shí)不需更新。但針對(duì)空間機(jī)器人嵌入式系統(tǒng)的在軌有限資源約束與實(shí)時(shí)性要求，單純采用球體包圍盒對(duì)組合機(jī)械臂進(jìn)行碰撞檢測(cè)時(shí)包圍球太多，計(jì)算量太大，不能滿足實(shí)時(shí)性要求，因此在此基礎(chǔ)上發(fā)明了基于球體與膠囊體結(jié)合的組合機(jī)械臂快速碰撞檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的碰撞檢測(cè)方法存在實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性之間的矛盾，本發(fā)明提供了一種空間組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

一種空間組合機(jī)械臂的快速自碰撞檢測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：采用球體與膠囊體結(jié)合的包圍盒方法對(duì)組合機(jī)械臂進(jìn)行球體和膠囊體包圍盒的模型包絡(luò)，所述組合機(jī)械臂由核心艙機(jī)械臂和實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂組合，并對(duì)包絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

步驟2：根據(jù)組合機(jī)械臂實(shí)際任務(wù)給定組合機(jī)械臂所需參數(shù)；

步驟3：根據(jù)各關(guān)節(jié)角度，進(jìn)行正運(yùn)動(dòng)學(xué)變換，得到組合機(jī)械臂新的位姿，實(shí)現(xiàn)快速自身碰撞檢測(cè)。

優(yōu)選地，所述步驟1具體為：

采用球體與膠囊體結(jié)合的包圍盒方法對(duì)組合機(jī)械臂進(jìn)行球體和膠囊體包圍盒的模型包絡(luò)，并對(duì)包絡(luò)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并實(shí)時(shí)更新，所述組合機(jī)械臂包括末端執(zhí)行器、關(guān)節(jié)延長(zhǎng)件、各關(guān)節(jié)、臂桿、肘部相機(jī)、中央控制器和關(guān)節(jié)連接件，采用膠囊體包絡(luò)臂桿，除臂桿外部件采用球體包絡(luò)。

優(yōu)選地，所述步驟2具體為：

根據(jù)組合機(jī)械臂實(shí)際任務(wù)給定組合機(jī)械臂所需參數(shù)，核心艙機(jī)械臂的末端負(fù)載為實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂，給定核心艙機(jī)械臂的各桿件長(zhǎng)度、各關(guān)節(jié)角度、基座適配器編號(hào)和肩部適配器編號(hào)信息；給定實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂各桿件長(zhǎng)度、各關(guān)節(jié)角度、末端負(fù)載狀態(tài)，基座適配器編號(hào)和肩部適配器編號(hào)信息，為組合機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)快速自身碰撞檢測(cè)做準(zhǔn)備。