一种面向维修任务的空间机械臂手系统误差修正方法技术方案

一种面向维修任务的空间机械臂手系统误差修正方法，属于载人航天器总体设计技术领域。本发明专利技术旨在解决多操作终端共同执行同一任务时，存在由安装误差、发射振动、重力卸载等引起的误差积累问题。本发明专利技术的方法步骤是：步骤一：定位维修工具的位姿信息；步骤二：利用手眼相机对维修工具坐标系进行修正。本发明专利技术提出的误差修正方法对天宫二号空间机械臂手系统利用全局相机和手眼相机完成在轨操作任务时产生的位置误差进行修正，确保顺利完成在轨维修任务。

An error correction method of space manipulator system for maintenance task

A space manipulator hand error correction method for maintenance task, which belongs to the field of manned spacecraft overall design technology. The invention aims at solving the problem of error accumulation caused by installation error, launching vibration and gravity unloading when the multiple operating terminals perform the same task together. The method of the invention is as follows: Step 1: positioning the position and orientation information of the maintenance tool; step two: using the hand eye camera to correct the coordinate system of the maintenance tool. The error correction method proposed in this paper corrects the position error caused by the global camera and hand eye camera in the orbit operation of Tiangong two space manipulator system, so as to ensure the successful completion of on orbit maintenance task.

【技术实现步骤摘要】
一种面向维修任务的空间机械臂手系统误差修正方法
本专利技术涉及一种空间机械臂手系统误差修正方法，属于载人航天器总体设计

技术介绍
随着人类空间活动的进一步增加，空间设备的在轨维护维修操作将越来越重要，面向单一操作任务的以往空间机器人、末端作用器、操作工具等已不能满足要求，可以预见未来空间机器人的发展趋势：(1)单一操作任务→多种操作需求，由单纯的抓握、搬运等操作向模块更换、加注等精细操作转换；(2)合作目标→非合作目标，操作任务、操作目标的多样化、不确定性要求机器人具有更高的兼容性，包括目标识别、抓握及操作方法等；(3)单一工具→多种操作工具，操作任务的多样化决定了在轨操作工具的多样性，操作方法及操作工具是相配套的；(4)单一机械臂→多臂系统，多臂协调、配合，完成照明、视觉、抓握及操作等多项分工；(5)刚性抓握→智能柔性操作，机械臂、末端操作工具，基于柔顺控制实现对目标的抓握及操作，克服定位误差对操作的影响、提高操作的成功率和安全性；(6)基本运动感知→多种感知并存，由单纯实现位置闭环控制所必须的位置传感器，向力矩、电流、温度、视觉等多种感知方向发展，视觉及其测量算法将极大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向维修任务的空间机械臂手系统误差修正方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤一：定位维修工具的位姿信息；为了给出维修工具的位姿信息，首先定义以下若干坐标系，以便求解出维修工具在世界坐标系下的描述；TB——机械臂基座标系TE——机械臂末端坐标系TG——全局相机坐标系TH——手眼相机坐标系TM——在轨标定板坐标系TT——维修工具坐标系上述坐标系均分布在实验舱内，全局相机固定在实验舱顶棚上，一共有两个，分别定义为全局相机A和全局相机B，机械手通过快换法兰安装在机械臂的末端，手眼相机安装在机械臂的腕部，维修单机安装在机械臂手系统的正下方，标定板位于维修单机正中心，维修单机上有两颗松不脱螺钉...

【技术特征摘要】
1.一种面向维修任务的空间机械臂手系统误差修正方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤一：定位维修工具的位姿信息；为了给出维修工具的位姿信息，首先定义以下若干坐标系，以便求解出维修工具在世界坐标系下的描述；TB——机械臂基座标系TE——机械臂末端坐标系TG——全局相机坐标系TH——手眼相机坐标系TM——在轨标定板坐标系TT——维修工具坐标系上述坐标系均分布在实验舱内，全局相机固定在实验舱顶棚上，一共有两个，分别定义为全局相机A和全局相机B，机械手通过快换法兰安装在机械臂的末端，手眼相机安装在机械臂的腕部，维修单机安装在机械臂手系统的正下方，标定板位于维修单机正中心，维修单机上有两颗松不脱螺钉；全局相机负责实时定位维修工具手电钻的位置，安装在机械臂末端的机械手利用全局相机提供的位置信息抓握手电钻，视觉伺服引导机械手至松不脱螺钉正上方，机械臂一边向下运动压紧松不脱螺钉，一边扣动手电钻扳机，随后视觉伺服引导机械手将维修工具返送回初始位置；为了确保机械臂手系统末端与被操作的维修工具复形配合面充分接触，首先采用示教方式，将机械手贴合在工具的复形配合面上，此时：TT＝TC1·TE0(1)TC1为机械手常态虚拟抓握中心点与机械手在复形配合面时的抓握中心点之间的偏置矩阵；TE0为常态构型下机械臂末端坐标系；维修工具的位置和姿态需要由全局相机来确定，因此，首先需要确定维修工具在全局相机坐标系中的描述，进而再转换到世界坐标系来描述；维修工具侧面贴有四个靶标点，这样一来，求解维修工具在世界坐标系中的描述就转化成了PNP问题，简单描述一下PNP问题的基本原理：简单的讲，PNP问题就是通过世界坐标系中的N个特征点与全局相机成像的N个像点，计算出两者之间的投影关系，最终获得由特征点描述的物体位姿或者全局相机位姿；假设全局相机中心位于点O，特征点为P1,P2,P3...PN；N＝1时，只有一个特征点，不妨设点P1位于全局相机图像成像的正中央，那么OP1就是全局相机坐标系中的Z轴，此时全局相机面向P1点，全局相机位置就可能是以P1为球心、OP1为半径的球面上，此时有无数个解；N＝2时，两个特征点P1,P2和O点构成了一个三角形，三角形其中的一个边P1P2的长度已知，向量OP1和OP2的方向已知，因此能够计算出OP1、OP2的长度，令R1＝OP1,R2＝OP2，以P1为圆心，R1为半径做球记为球OA，以P2为圆心，R2为半径做球记为球OB；此时全局相机位于球OA与球OB的交线处，有无数个解；N＝3时，在N＝2的基础上多出了一个以P3为球心R3为半径的球OC，全局相机位于三个球面的交汇处，此时应当有四个解，其中一个解就是全局相机的真正位置，但是无法确定出具体是哪一个解；N＝4时，由于N＝3时，由公式(2)可以计算出四个解，获得四个旋转、平移矩阵，其中(x,y)为空间点P的图像点坐标，(fx,fy)为X轴、Y轴方向的放大系数，(cx,cy)为光轴中心点的坐标，(rij,tk)i,j,k＝1,2,3为全局相机外参，(x,y,z)为点P在世界坐标系下的位置；将第四个点的世界坐标系代入公式(1)，可以获得其在图像上的四个投影，其中投影误差最小的那个解，就是需...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊春光，谢宗武，刘伊威，刘宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23