The invention relates to a method for task planning of a super redundant space robot based on kinematics solution. The kinematics model of super redundant space robot is analyzed, and the joints are divided, and the inverse kinematics model is solved based on the improved modular function. Compared with the existing technology, the invention has the following beneficial effects: 1, the directional vector k is introduced, so that the last universal joint does not need to be placed on the ridge line, and the direction can be consistent with the direction of the end effector. 2, the position parameter, arm type angle I will even position of the gimbal gimbal therefore, even no longer need to be placed on the ridge line, using the position angle of the joint optimization. 3, the use of P I equivalent member length parameterization, two adjacent odd joint so that the universal joint every odd number no longer need to be placed on the ridge, determined by the kinematics equation of equivalent component parameters can be adjusted.
【技术实现步骤摘要】
超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法
本专利技术属于空间机器人遥操作领域,涉及一种超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法。
技术介绍
以空间站建设、维修、操控和轨道垃圾、碎片清理为主的空间遥操作在轨服务技术,以及抓捕、捕获,甚至对敌方航天器进行破坏等攻击行为,将面临着杂乱的轨道环境和多个难以避开的障碍物情况。因为普通的6自由度机械臂难以完成这些任务,须使用具有极强灵活性的超冗余机械臂进行操控,其可进入狭小的空间进行检测、组装和维修关键部件。因此,一种快速准确的超冗余机械臂运动学求解方法对遥操作任务规划具有重要意义。前期的研究工作表明,以往的超冗余机械臂的运动学建模方式大多采用脊线模函数法,将超冗余机械臂上的每一个万向节的几何特征形状展现在脊线模函数上,转化为脊线的运动学问题,通过解算出脊线的运动学模型,将其与原机械臂拟合得出超冗余机械臂的运动学模型。但是这样做的缺点是显而易见的,一方面,该脊线模函数是一个分段连续的曲线,不能完整准确地表述对应的超冗余机械臂模型;另一方面,脊线运动学是研究脊线参数与末端点位置之间的关系,可有多种取法,也就导致了脊线曲线很复杂多变。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处,本专利技术提出一种超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法,用于空间站外目标的抓取、捕获和故障航天器的维修等在轨服务,以及对敌方航天器的攻击等。技术方案一种超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法,其特征在于步骤如下:步骤1、对超冗余空间机器人运动学模型的关节进行了划分:一个超冗余空间机器人拥有n个自由度, ...
【技术保护点】
一种超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法,其特征在于步骤如下:步骤1、对超冗余空间机器人运动学模型的关节进行了划分:一个超冗余空间机器人拥有n个自由度,即M个关节,将两个相邻的万向节定义为一组,即一组有4个自由度,所有的万向节被分为N=n/4组;该超冗余空间机器人的机械臂被分为N个子机械臂,每个子机械臂有4个自由度;如果N不是4的倍数,那么剩余的关节单独成为一组;所述n=2M;步骤2、改进的空间脊线曲线对机械臂进行拟合:2‑1):两个相邻的万向节构成一组,即包含两个关节在内的一个4自由度的子机器人操作臂;两个相邻奇数位的万向节的直线距离定义为等效构件,用ρi表示;2‑2):在笛卡尔坐标系下绘制一条脊线曲线,脊线曲线穿过该超冗余机械臂的每一个万向节的中心线,且最终指向末端执行器的位置方向;2‑3):参数化偶数位的关节:采用臂型角ψi表示第2个、第4个、第6个等偶数位关节的位置,即将偶数位关节从脊线曲线上分离出来;偶数位的关节就不再标记在脊线曲线上,通过调整臂型角ψi就到达关节的可达位置;2‑4):参数化奇数位的关节:采用等效构件长度ρi表示第1个、第3个、第5个等奇数位关节的 ...
【技术特征摘要】
1.一种超冗余空间机器人利用运动学的解进行任务规划的方法,其特征在于步骤如下:步骤1、对超冗余空间机器人运动学模型的关节进行了划分:一个超冗余空间机器人拥有n个自由度,即M个关节,将两个相邻的万向节定义为一组,即一组有4个自由度,所有的万向节被分为N=n/4组;该超冗余空间机器人的机械臂被分为N个子机械臂,每个子机械臂有4个自由度;如果N不是4的倍数,那么剩余的关节单独成为一组;所述n=2M;步骤2、改进的空间脊线曲线对机械臂进行拟合:2-1):两个相邻的万向节构成一组,即包含两个关节在内的一个4自由度的子机器人操作臂;两个相邻奇数位的万向节的直线距离定义为等效构件,用ρi表示;2-2):在笛卡尔坐标系下绘制一条脊线曲线,脊线曲线穿过该超冗余机械臂的每一个万向节的中心线,且最终指向末端执行器的位置方向;2-3):参数化偶数位的关节:采用臂型角ψi表示第2个、第4个、第6个等偶数位关节的位置,即将偶数位关节从脊线曲线上分离出来;偶数位的关节就不再标记在脊线曲线上,通过调整臂型角ψi就到达关节的可达位置;2-4):参数化奇数位的关节:采用等效构件长度ρi表示第1个、第3个、第5个等奇数位关节的位置,即将奇数位关节从脊线曲线上分离出来;奇数位的关节就不再标记在脊线曲线上,通过调整ρi就可以到达关节的可达位置;2-5):采用方向向量k指向期望位置,使得最后一个万向节的位置不再标记在脊线曲线上;步骤3改进的模函数求解逆运动学,得到关节部位的臂型角:3-1):确定脊线曲线:根据期望的末端位置和局部结构,使用模函数来表示整个空间机器人的宏观形状,通过模函数的数值积分得到脊线函数。式中,s∈[0,1]是归一化变量,表示曲线的长度;u(σ)是单位向量,表示曲线σ处的切线;l是曲线实际长度;(1)式在{XYZ}坐标系下可表示为式中,和μ(σ)是以下函数的线性组合μ(σ)=a3(1-cos(2πσ))(4)式中,系数ai(i=1,2,3)通过下式迭代计算得到式中,α是控制收敛率;i是迭代次数;Ja(a,1)是一个3×3的雅克比矩阵;xD表示脊线函数末端点的期望位置向量;3-2):匹配期望的方向向量k:利用末端点的位置和方向向量...
【专利技术属性】
技术研发人员:黄攀峰,程瑞洲,刘正雄,孟中杰,张夷斋,张帆,
申请(专利权)人:西北工业大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。