The invention discloses a relative navigation method of a manipulator arm for target capture to measure the position of a thruster nozzle on a satellite model. The two cameras are used to collect thruster images and locate the three dimensional position of thrusters. After selecting the thruster manually at the initial time, a local region image is intercepted from the original image. In the local area image, Canny detection algorithm is used to obtain the edge image, and Hough transform is used to detect the circular features in the image. Further, the curve fitting method is used to determine the location of the center point of the thruster nozzle. When the end effector approaches 0.1 meters from the target, it keeps track of the target at that distance and calculates the trajectory model of the thruster. According to the trajectory model, the position of the thruster can be estimated and the target can be caught.
【技术实现步骤摘要】
一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法
本专利技术涉及机器人视觉测量
,尤其涉及一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法,适用于对空间故障卫星、大型碎片等空间非合作目标的抓捕操作。
技术介绍
卫星在轨服务意义在于卫星燃料加注、寿命延长,空间碎片搜集,以及卫星维修等。空间机器人在在轨维护方面起到非常重要作用,而卫星抓捕是在轨服务的关键步骤。在卫星在轨操作过程中,服务航天器接近目标卫星到2米距离。然后通过机械臂自主抓捕目标卫星,并将目标卫星与服务航天器进行对接。在过去几年中,卫星抓捕技术在多个空间任务中进行了试验验证。2007年美国DARPA主导的OrbitalExpress项目验证了交会、接近,对接和服务技术,其中包括肼燃料,电池和飞行计算机部件的转移和更换。该演示验证项目包括两颗卫星,即ASTRO和NextSat/CSC.ASTRO是作为追踪航天器,而NextSat/CSC是作为目标航天器。在该任务中,AVGS基于激光的跟踪系统被用于测量目标的姿态、视线和距离信息。AVGS系统是一个依赖装载目标星上的角反射器进行工作的自主对接传感器。此外,DARPA发起了FREND项目去验证自主非合作抓捕航天器的能力。FREND项目开发并演示了一个空间机械臂系统,该系统自身具有GNC设备,末端执行器和相关算法。EEVS(末端执行器视觉系统)被用于引导机械臂到预定抓捕点,并定位手指去完成抓捕。EEVS使用3个可见光相机,这些相机被装在机械臂的末端。在2011年DARPA发起了凤凰计划项目,该项目目的是从地球同步轨道中开发回收和重复使用废弃卫星部件,并演示验证构建一个新的低成 ...
【技术保护点】
1.一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:(1)、采用双目相机对目标进行测量,获取左、右两个相机拍摄的目标图像,对目标图像进行畸变校正;(2)、在校正后的左、右两个相机拍摄的目标图像中提取目标边缘,得到左、右边缘二元图像,并根据目标外形特征,从左、右边缘二元图像中,分别提取左、右两个相机图像中的目标轮廓;(3)、分别对左、右两个相机图像中的目标轮廓,进行曲线拟合,获取目标轮廓曲线,根据目标轮廓曲线计算得到轮廓中心点在左、右两个拍摄的目标图像中的二维坐标;(4)、根据轮廓中心点在左、右两个拍摄的目标图像中的二维坐标,计算轮廓中心点在双目相机坐标系下的三维坐标;(5)、将轮廓中心点在双目相机坐标系下的三维坐标作为机械臂导航信息,控制机械臂实时跟踪目标,直到目标与机械臂的距离小于双目相机测量最小作用距离之后,进入步骤(6);(6)、根据目标的运动规律,建立目标运动轨迹模型,预估目标运动位置,控制机械臂继续接近目标,直至抓捕目标。
【技术特征摘要】
1.一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:(1)、采用双目相机对目标进行测量,获取左、右两个相机拍摄的目标图像,对目标图像进行畸变校正;(2)、在校正后的左、右两个相机拍摄的目标图像中提取目标边缘,得到左、右边缘二元图像,并根据目标外形特征,从左、右边缘二元图像中,分别提取左、右两个相机图像中的目标轮廓;(3)、分别对左、右两个相机图像中的目标轮廓,进行曲线拟合,获取目标轮廓曲线,根据目标轮廓曲线计算得到轮廓中心点在左、右两个拍摄的目标图像中的二维坐标;(4)、根据轮廓中心点在左、右两个拍摄的目标图像中的二维坐标,计算轮廓中心点在双目相机坐标系下的三维坐标;(5)、将轮廓中心点在双目相机坐标系下的三维坐标作为机械臂导航信息,控制机械臂实时跟踪目标,直到目标与机械臂的距离小于双目相机测量最小作用距离之后,进入步骤(6);(6)、根据目标的运动规律,建立目标运动轨迹模型,预估目标运动位置,控制机械臂继续接近目标,直至抓捕目标。2.根据权利要求1所述的一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法,其特征在于所述步骤(2)采用canny算子来提取目标边缘。3.根据权利要求2所述的一种用于目标抓捕的机械臂相对导航方法,其特征在于采用canny算子来提取目标边缘的具体实现为:(2.1)、采用高斯滤波方法对目标图像进行去噪处理;(2.2)、计算去噪处理之后的目标图像中每个像点的水平方向梯度Gx和垂直方向梯度Gy的值,并据此计算每个像点的梯度幅值G和方向θ;(2.3)、对图像像点的梯度幅值...
【专利技术属性】
技术研发人员:胡海东,魏春岭,张海博,朱志斌,王大轶,徐拴锋,
申请(专利权)人:北京控制工程研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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