【技术实现步骤摘要】
一种针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法
本专利技术属于双臂空间机器人的路径规划
，涉及一种针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法。
技术介绍
空间机器人由自由漂浮基座和机械臂组成。当执行在轨任务时，由于基座与机械臂的动力学耦合特性，机械臂和安装在航天器上的转动机制的操作将引起基座的姿态扰动。有限的燃料主要用于轨道转移机动，基本没有燃料用于抑制基座姿态扰动。因此，如何充分探索动力学耦合效应在调整基座姿态的应用已经引起广泛的关注。目前针对自由漂浮空间机器人姿态扰动最小化，已经提出了许多方法和策略，很多的研究主要是针对单臂，但是当轨道目标没有抓钩时，单臂机器人的拦截和抓捕会非常困难。多臂机器人可以增加抓捕的可能性和提供灵巧操作，针对多臂机器人姿态扰动最小化的问题，目前有以下解决方法：1)针对双柔性机械臂使用混合位置/力控制和振动抑止控制来抓捕空间旋转目标。2)采用等效平衡臂和相应的动力学平衡控制(DBC)方案来减少由任务臂引起的基座姿态扰动。3)整合以任务优先级为基础的方法框架中的DBC和RNS的概念来最小化飞行器的基座姿态扰动。但是，上述现有...
【技术保护点】
1.一种针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立空间机器人系统的动力学方程和运动学方程，得到末端执行器运动学方程；步骤2：通过动量守恒方程得到系统非完整约束方程，通过末端执行器的运动学方程求解末端执行器逆运动学冗余解，将末端执行器逆运动学冗余解代入系统非完整约束方程中，得到末端执行器运动和基座姿态关系的任务空间约束方程；步骤3：根据末端执行器的初始与终端位置、速度和加速度，使用五阶贝塞尔曲线得到任务空间中末端执行器路径规划，通过末端执行器的速度和加速度边界确定路径执行时间；步骤4：通过末端执行器运动学方程和任务空间约束方程，得到...
【技术特征摘要】
1.一种针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立空间机器人系统的动力学方程和运动学方程，得到末端执行器运动学方程；步骤2：通过动量守恒方程得到系统非完整约束方程，通过末端执行器的运动学方程求解末端执行器逆运动学冗余解，将末端执行器逆运动学冗余解代入系统非完整约束方程中，得到末端执行器运动和基座姿态关系的任务空间约束方程；步骤3：根据末端执行器的初始与终端位置、速度和加速度，使用五阶贝塞尔曲线得到任务空间中末端执行器路径规划，通过末端执行器的速度和加速度边界确定路径执行时间；步骤4：通过末端执行器运动学方程和任务空间约束方程，得到对应不同任务优先级的关节运动轨迹规划。2.根据权利要求1所述的针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法，其特征在于，所述方法还包括：步骤5：跟踪关节运动轨迹规划路径，使用闭环控制系统消除跟踪偏差；闭环控制系统中关节力矩输入采用PD控制。3.根据权利要求1所述的针对运动学冗余双臂空间机器人的协同路径规划方法，其特征在于，所述步骤1的具体方法为：基于拉格朗日原理建立空间机器人系统的动力学方程：其中，是基座的线加速度和角加速度，表示机械臂a的角加速度，表示机械臂b的角加速度，上标的a和b分别表示机械臂a和机械臂b；Hb为基座的惯量矩阵，和分别为两机械臂的与基座的耦合惯量矩阵，和分别为两机械臂的惯量矩阵，cb为基座的非线性项，和分别为两机械臂的非线性项；fb为施加于基座的广义力，和分别为施加于各关节的力矩；和分别为两机械臂对基座的Jacobian矩阵的转置矩阵；和分别为两机械臂的Jacobian矩阵的转置矩阵；和分别为施加于两机械臂末端的广义力；根据动量守恒定律，整个空间机器人系统的线动量和角动量的守恒方程：其中，M0为空间机械臂系统的总动量；P0和L0为空间机械臂系统的线动量和角动量；mb和mi为基座和各连杆的质量；和为基座和各连杆质心的速度；Ib为基座的惯量矩阵，ωb和ωi为基座和各连杆的旋转角速度，为基座的线速度与角速度，为机械臂b的关节角速，为机械臂a的关节角速度，rb为基座的位置向量，Ii为机械臂连杆的惯量矩阵，rCi为机械臂连杆的位置向量；由于Hb可逆；得到基座运动方程：其中，Ja为基座的广义Jacobian矩阵，为机械臂的关节角速度向量；将基座运动方程代入末端执行器a的运动学链式方程和末端执行器b的运动学链式方程中，得到末端执行器运动学方程：其中，Jd是描述系统初始动量对机械臂运动影响的耦合矩阵，Jg是广义雅克比矩阵，为机械臂a的末端执行器速度，为机械臂a对基座影...
【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，罗建军，袁建平，朱战霞，
申请(专利权)人：西北工业大学深圳研究院，西北工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44
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