[發(fā)明專利]一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010943376.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112264991B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 初曉昱;文聞;呂振華;孫靜;李曉輝;張強(qiáng);張猛;周元子;趙性頌;陶東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 李晶堯

本發(fā)明涉及一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法，屬于空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與碰撞檢測(cè)領(lǐng)域；步驟一、建立空間機(jī)械臂模型；步驟二、對(duì)星本體和對(duì)接環(huán)、2個(gè)機(jī)械臂、2個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別建立包圍盒；步驟三、建立2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒之間碰撞判斷解析式，并判斷2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒是否發(fā)生碰撞；建立其中1個(gè)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的包圍盒與另一個(gè)機(jī)械臂包圍盒的碰撞判斷解析式，并判斷該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與該機(jī)械臂包圍盒是否發(fā)生碰撞；建立2個(gè)機(jī)械臂包圍盒之間的碰撞判斷解析式，并判斷2個(gè)機(jī)械臂包圍盒是否發(fā)生碰撞；本發(fā)明提高了對(duì)星上碰撞情況的檢測(cè)效率、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率、動(dòng)態(tài)更新效率以及檢測(cè)精確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃與碰撞檢測(cè)領(lǐng)域，涉及一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

在多個(gè)空間機(jī)械臂在軌協(xié)同操作的過(guò)程中，可能出現(xiàn)臂桿與臂桿碰撞、臂桿與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)碰撞、末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)碰撞、臂桿與星本體碰撞及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與星本體碰撞等5種異常情況。為高效、精確地監(jiān)測(cè)多臂協(xié)同操作的安全性，對(duì)星上碰撞情況做出實(shí)時(shí)判斷和適時(shí)預(yù)警，需發(fā)展合理有效的在軌碰撞檢測(cè)方法。

目前的分層次碰撞檢測(cè)方法多是通過(guò)遍歷分析平表面包圍盒層次樹(shù)的投影是否重疊，來(lái)獲取潛在的碰撞對(duì)象。然而平表面包圍盒雖然構(gòu)型簡(jiǎn)單，但對(duì)星上的圓滑表面包圍不夠緊密，并且遍歷會(huì)降低星上的檢測(cè)效率、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率及動(dòng)態(tài)更新效率。基于圓柱體包圍盒的碰撞檢測(cè)方法可提高包圍盒緊密性，但目前多是通過(guò)可視化方法判斷其是否相交或重疊，然而在在軌衛(wèi)星平臺(tái)上不具備可視化條件，還需通過(guò)解析式計(jì)算進(jìn)行判斷。另外，基于均勻網(wǎng)格分割做點(diǎn)集相交檢測(cè)也可以精確地檢測(cè)碰撞情況，但相對(duì)費(fèi)時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法，提高了對(duì)星上碰撞情況的檢測(cè)效率、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率、動(dòng)態(tài)更新效率以及檢測(cè)精確度，滿足對(duì)星上動(dòng)態(tài)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的異常工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和快速規(guī)避的應(yīng)用需求。

本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法，

步驟一、建立空間機(jī)械臂模型，包括星本體、對(duì)接環(huán)、2個(gè)機(jī)械臂和2個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

步驟二、對(duì)星本體和對(duì)接環(huán)、2個(gè)機(jī)械臂、2個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別建立包圍盒；獲得本體包圍盒、2個(gè)機(jī)械臂包圍盒和2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒；

步驟三、建立2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒之間碰撞判斷解析式，并判斷2個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒是否發(fā)生碰撞；建立其中1個(gè)機(jī)械臂對(duì)應(yīng)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的包圍盒與另一個(gè)機(jī)械臂包圍盒的碰撞判斷解析式，并判斷該末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與該機(jī)械臂包圍盒是否發(fā)生碰撞；建立2個(gè)機(jī)械臂包圍盒之間的碰撞判斷解析式，并判斷2個(gè)機(jī)械臂包圍盒是否發(fā)生碰撞。

在上述的一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法，所述步驟一中，星本體為水平放置的長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；對(duì)接環(huán)為同軸放置的2個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)；對(duì)接環(huán)固定設(shè)置在星本體的上表面；2個(gè)機(jī)械臂固定設(shè)置在星本體的頂部，且2個(gè)機(jī)械臂對(duì)稱放置在對(duì)接環(huán)的兩側(cè)；每個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)固定安裝在1個(gè)機(jī)械臂的頂端；每個(gè)機(jī)械臂包括四個(gè)軸端依次連接的柱狀機(jī)械臂關(guān)節(jié)。

在上述的一種適用于空間機(jī)械臂的分層次快速在軌碰撞檢測(cè)方法，所述步驟二中，建立包圍盒的具體方法為：

對(duì)星本體和對(duì)接環(huán)建立本體包圍盒，本體包圍盒形狀為星本體和對(duì)接環(huán)組成的最小外形面；

對(duì)2個(gè)機(jī)械臂分別建立機(jī)械臂包圍盒，機(jī)械臂包圍盒包括4個(gè)柱狀盒體；每個(gè)柱狀盒體的形狀為對(duì)應(yīng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)的最小外形面；

對(duì)2個(gè)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別建立執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒為球形結(jié)構(gòu)；執(zhí)行機(jī)構(gòu)包圍盒為包絡(luò)末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)外形的最小球體。