空间机械臂连杆间相互碰撞的检测方法技术

本发明专利技术涉及一种机械臂两连杆之间的碰撞检查方法。针对一种六关节机械臂，导出了各关节和末端的坐标，对可能发生相互碰撞的机械臂的每对连杆，将其上面的各点表示成两端关节坐标的函数，并由此给出了每对连杆相互碰撞的检查方法。本发明专利技术的有益效果在于：不仅能检查机械臂两连杆两端关节的相互碰撞，而且能够检查机械臂两连杆上任何位置之间的相互碰撞。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种机械臂两连杆之间的碰撞检查方法。针对一种六关节机械臂，导出了各关节和末端的坐标，对可能发生相互碰撞的机械臂的每对连杆，将其上面的各点表示成两端关节坐标的函数，并由此给出了每对连杆相互碰撞的检查方法。本专利技术的有益效果在于：不仅能检查机械臂两连杆两端关节的相互碰撞，而且能够检查机械臂两连杆上任何位置之间的相互碰撞。【专利说明】
本专利技术涉及一种空间机械臂与舱体的碰撞检测方法。
技术介绍
作为航天器的一种重要工具，空间机械臂可用于卫星的回收和维修、大型设备的组装、空间站的在轨建设、以及作为航天员出舱的辅助平台，提高安全性及舱外工作能力等。对于失效或出现故障的航天器，利用空间机械臂将其捕获、维修、回收或再利用，不仅可以节约大量的人力财力，还可以清除宇宙空间日益增多的太空垃圾。由于被抓取的空间物体的位置不同，机械臂末端运动路径也各不相同，即使在最简单的空间环境中，机械臂运动过程中也可能发生连杆之间的相互碰撞。这种碰撞不仅可能导致航天器和机械臂的严重损坏，产生的扰动力还会造成系统动量的改变，特别是角动量的改变，直接影响到整个航天器的稳定运行。因此在机械臂的运动过程，根据各关节的角度估计各关节的空间位置，依此判断是否存在连杆之间的相互碰撞的可能，并实时规划出无碰撞的路径，对提高机械臂空间应用的安全性具有十分重要的意义。为了避免机械臂连杆之间的相互碰撞间题，不仅需要考虑关节的碰撞，还要考虑机械臂的每对连杆上任何位置的碰撞，因此，仅考虑空间中两连杆端点的空间关系是不够的。本专利技术将对发生在机械臂每对连杆上任何位置的相互碰撞问题，给出相互碰撞的检查方法。
技术实现思路
专利技术了一种机械臂两连杆之间的碰撞检查方法。针对一种六关节机械臂，导出了各关节和末端的坐标，对可能发生相互碰撞的机械臂的每对连杆，将其上面的各点表示成两端关节坐标的函数，并由此给出了每对连杆相互碰撞的检查方法。本专利技术的有益效果在于:不仅能检查机械臂两连杆两端关节的相互碰撞，而且能够检查机械臂两连杆上任何位置之间的相互碰撞。【专利附图】【附图说明】图1是通用6关节机械臂示意图。图2是两连杆之间的距离的示意图。【具体实施方式】机械臂的示意图如图1所示。假定航天器外形是直径为Φ的圆柱，机械臂安装在圆柱的表面，第一个关节转轴的轴线与圆柱对称轴相交，基座坐标系OO-XciYciZci的Xtl轴与圆柱对称轴平行。第i个关节的角位移为Qi，第i个坐标系的坐标原点为0i，i=l，2，…，6，定义与前一坐标系对应坐标轴平行的位置为O角位移位置，由Xi向Y1、由Yi向Zi,或由Zi向Xi的旋转为角位移的正方向，相邻坐标原点的连线、O^O2、O^a1、O^4、Ofis和O5O6的长度分别为屯、d2、a2a3、d2和a5,且【权利要求】1.一种空间机械臂与舱体的碰撞检测方法，其特征在于:假定航天器外形是直径为Φ的圆柱，机械臂安装在圆柱的表面，第一个关节转轴的轴线与圆柱对称轴相交，基座坐标系Oc1-XciYciZci的Xtl轴与圆柱对称轴平行;第i个关节的角位移为Θ i，第i个坐标系的坐标原点为Oi, i=l,2,..., 6,定义与前一坐标系对应坐标轴平行的位置为O角位移位置，由Xi向￥”由Yi向Zi，或由Zi向Xi的旋转为角位移的正方向，相邻坐标原点的连线硕、^O2.0^O3 , op, , _和_的长度分别为“％，&3、(12和a5，且Ci=Cos Θ j Si=Sin Θ j (i=l, 2,...,6) 【文档编号】B25J19/00GK103895040SQ201410152978【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日 【专利技术者】安凯, 王飞飞, 王晓英, 安培亮, 安宏亮 申请人:安凯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机械臂与舱体的碰撞检测方法，其特征在于：假定航天器外形是直径为Φ的圆柱，机械臂安装在圆柱的表面，第一个关节转轴的轴线与圆柱对称轴相交，基座坐标系O0‑X0Y0Z0的X0轴与圆柱对称轴平行；第i个关节的角位移为θi，第i个坐标系的坐标原点为Oi，i=1，2，…，6，定义与前一坐标系对应坐标轴平行的位置为0角位移位置，由Xi向Yi、由Yi向Zi，或由Zi向Xi的旋转为角位移的正方向，相邻坐标原点的连线和的长度分别为d1、d2、a2，a3、d2和a5，且ci=cosθi Si=sinθi(i=1，2，…，6)c23=cos(θ2+θ3)，s23=sin(θ2+θ3)c234=cos(θ2+θ3+θ4)，s234=sin(θ2+θ3+θ4)则在机械臂的基座坐标系O0‑X0Y0Z0中，基座坐标系原点为(x00，y00z00)=(0，0，0)，第1坐标系原点为(x01，y01，z01)=(0，0，d1)，第2个关节的坐标为(x02，y02，z02)=(‑d2s1，d2c1，d1)，第3个关节的坐标记为(x03，y03，z03)，则x03y03z03=a2c1c2-d2s1a2s1c2+d2c1d1-a2s2]]>第4个关节的坐标记为(x04，y04，z04)，则x04y04z04=c1(a2c2+a3c23)-d2s1s1(a2c2+a3c23)+d2c1d1-a2s2-a3s23]]>第5个关节的坐标记为(x05，y05，z05)，则x05y05z05=c1(a2c2+a3c23)s1(a2c2+a3c23)d1-a2s2-a3s23]]>末端的坐标记为(x06，y06，z06)，则x06y06z06=a2c1c2+a3c1c23+a5c1c5c234-a5s1s5a2s1c2+a3s1c23+a5s1c5c234+a5c1s5d1-a2s2-a3s23-a5c5s234]]>以δ表示连杆上的点到连杆轴线的最大距离，机械臂一对连杆li，i+1和lj，j+1(i=0,j=4；i=0，1，2，3，j=5)之间的碰撞检查程序为：1)计算Ai(u)=Ai+u(Ai+1‑Ai)Aj(v)=Aj+v(Aj+1‑Aj)u=(Ai+1-Ai)′(Aj+1-Aj)(Aj+1-Aj)′(Ai-Aj)-||Aj+1-Aj||2(Ai+1-Ai)′(Ai-Aj)||Ai+1-Ai||2||Aj+1-Aj||2-[(Ai+1-Ai)′(Aj+1-Aj)]2v=(Aj+1-Aj)′(Ai-Aj)||Ai+1-Ai||-(Ai+1-Ai)′(Ai-Aj)(Aj+1-Aj)′(Ai+1-A)||Ai+1-Ai||2||Aj+1-Aj||2-[(Ai+1-Ai)′(Aj+1-Aj)]2]]>2)当0≤u≤1，且0≤v≤1时计算Lij(u，v)=||Ai(u)‑Ai(v)||，Lij(u，v)＞2δ时转5)；3)计算v0=(Aj+1-Aj)(Ai-Aj)′||Aj+1-Aj||2v1=(Aj+1-Aj)(Ai+1-Aj)′||Aj+1-Aj||2u0=(Aj-Ai)(Ai+1-Ai)′||Ai+1-Ai||2u1=(Aj+1-Ai)(Ai+1-Ai)′||Ai+1-Ai||2]]>Lmin=min{||Ai‑Fj(v0)||，||Ai+1‑Fj(v1)||，||Aj‑Fj(u0)||，||Aj+1‑Fi(u1)||}其中Fj(v0)=Ajv0<0Aj(v0)0≤v0≤1Aj+1v0>1]]>若Lmin＞2δ转5)；4)转6)；5)输出“无碰撞”，检查结束；6)输出“有碰撞”，检查结束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：安凯，王飞飞，王晓英，安培亮，安宏亮，
申请(专利权)人：安凯，
类型：发明
国别省市：山东;37