一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法技术

本发明专利技术涉及一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法，借助RRT*算法分别规划双臂末端执行器在笛卡尔空间中的初始可行路径，并利用四次样条曲线对RRT*算法生成的初始路径进行平滑处理，通过满足样条曲线的一阶、二阶及三阶微分连续约束和机械臂末端执行器的初末速度、加速度约束，得到适合于机器人执行的平滑路径。有益效果：利用RRT*算法在非结构化环境中快速生成末端的安全可行的初始路径，并利用四次样条曲线，平滑了RRT*生成的初始路径，保证机器人以良好的状态执行规划的路径，且考虑了机械臂的物理极限约束。仿真结果说明了所提协调路径规划方法的有效性。对于机械臂运动规划具有重要意义，特别是针对失效卫星的抓捕路径规划。

A coordinated path planning method for dual arm space robot based on random sampling

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法
本专利技术属于空间机器人协调路径规划方法，涉及一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法。
技术介绍
随着在轨维修、空间装配等任务需求的与日俱增，空间机器人技术被验证是执行特殊恶劣空间环境下任务最有效的手段之一。典型实例有“工程试验卫星(EngineeringTestSatelliteVII,ETS-VII)”和“轨道快车(OrbitExpress,OE)”。空间机器人在轨服务中最具挑战性的工作之一是其抓捕过程中的运动规划问题。过去的文献中已提出过多种空间机器人运动规划方法。基于零作用空间，Yoshida等人提出了无反作用机械臂，解决了运动学非冗余臂和冗余臂时间损失和机械臂速度限制的问题。基于零反作用空间的概念，Wang等提出了一种考虑任务优先级的运动学冗余机械臂路径规划方法，并基于Bézier曲线提出抓捕自旋卫星后的最优消旋与路径规划策略。Luo等提出了一种利用傅里叶级数对空间机械臂关节运动轨迹进行参数化的规划方法。Xu等利用自由漂浮空间机器人非完整特性提出了一种点到点的路径规划方法，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法，包括了双臂空间机器人的运动学模型建立；通过改进RRT*算法，设计双臂空间机器人的初始路径；利用四次样条曲线拟合由改进RRT*算法生成的初始路径，得到适合于机器人执行的可行平滑路径；其特征在于步骤如下：/n步骤1、建立双臂空间机器人的运动学模型：/n双臂空间机器人系统由基座和2个n自由度的机械臂构成，共计2n+1个刚体，且系统不受任何外力作用；/n根据泊松原理，双臂空间机器人的运动学模型为：/n

【技术特征摘要】
1.一种基于随机采样的双臂空间机器人协调路径规划方法，包括了双臂空间机器人的运动学模型建立；通过改进RRT*算法，设计双臂空间机器人的初始路径；利用四次样条曲线拟合由改进RRT*算法生成的初始路径，得到适合于机器人执行的可行平滑路径；其特征在于步骤如下：
步骤1、建立双臂空间机器人的运动学模型：
双臂空间机器人系统由基座和2个n自由度的机械臂构成，共计2n+1个刚体，且系统不受任何外力作用；
根据泊松原理，双臂空间机器人的运动学模型为：



其中，上标a和b分别表示变量属于机械臂a和b，下标b和e分别表示变量属于基座base和末端执行器end-effector；分别为各末端执行器的线/角速度，为各机械臂关节角速度；Hb,Hm为基座和机械臂惯量矩阵，Hbm为末端执行器和机械臂之间的耦合惯量矩阵，Jb,Je分别是基座和末端执行器的雅克比矩阵；Jg称之为系统的广义雅克比矩阵，Jd表示由于系统初始动量M0引起的耦合矩阵；
系统初始线/角动量M0＝[P0L0]T为：



其中，为基座的线/角速度，为各连杆质心在惯性坐标系下的速度。mb为基座的质量，mi为各连杆的质量，Ib为基座的惯量；
步骤2、利用RRT*算法设计双臂空间机器人的初始路径：
对RRT*算法进行改进，在不同的采样空间中分别进行各末端执行器的快速搜索路径规划，得到其初始路径的时间序列路径点(t0,xe,0),(t1,xe,1),…,(tn,xe,n)，具体步骤为：
1.Fork＝1to...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明明，余敏，罗建军，马卫华，朱战霞，袁建平，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61