【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间机器人在轨精细操作领域，尤其涉及一种航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法。
技术介绍
1、在轨服务和维护任务中，会涉及到大量的销钉、电连接器装配作业需求，轴孔装配是完成销钉、电连接器在轨装配的核心技术。部分轴孔处于狭小空间、几何装配容差小、界面陡变，航天员操作难度极大，亟需利用空间机器人的精细操作实现轴孔的自动对齐装配。一方面，受限于空间复杂光照、操作空间狭小带来的视线遮挡，操作对象大多无明显标识，导致视频信息缺乏可靠性，往往只能提供粗定位等辅助功能，粗定位后的空间机器人精细操作需要通过盲搜索策略。另一方面，航天用轴孔容差小、精度要求高、轴孔对齐难，对盲搜索的准确性、有效性提出了高要求。例如：卫星某位置的j599电连接器的在轨装配是一个典型的轴孔装配，装配精度将直接影响卫星电力系统的正常运行。
2、轴孔装配的盲搜索引起了学者的关注，较早的文献[jokesch m，j，winklera，fross a，thomas u.generic algorithm for peg-in hole assembly tasks for pinalignments with impedance controlled robots[c]//second iberian roboticsconference,springer,cham,2016,418:105-117]，其针对电动车多极充电插头柔顺化装配问题，提出了一种基于螺旋线的盲搜索策略，通过力和位置补偿策略实现了5极充电插头的盲搜索与插拔作业。文章[zhang
3、上述的盲操作方法和装置均面向基座位置固定的盲搜索，且轴孔接触端面范围宽，轴孔容差较大，同时目前没有文献考虑轴孔之间侧面的碰撞可能，不适用于解决航天用高精度轴孔的精准装配难题。
4、目前，航天用高精度轴孔的在轨装配通过航天员出舱操作，操作耗时长、难度大，亟需一种面向空间机器人精细操作的考虑侧面碰撞的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法。
技术实现思路
1、本专利技术的技术目的是提供一种航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，以解决在轨轴、孔插件装配效率低难度大的问题。
2、为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：
3、一种航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，包括如下步骤：
4、s1：基于视觉信息确定粗糙定位位置a，用以作为搜索坐标系的原点和搜索起始位置，于点a处建立搜索坐标系oaxayaza；同时建立机械臂基坐标系obxbybzb和以工具末端中心为原点的末端工具坐标系oexeyeze；
5、s2：柔顺控制机械臂由初始位置移动至粗糙定位位置a，而后按照盲搜索轨迹移动，直至轴、孔插件发生初始接触碰撞，并记录轴、孔接触碰撞点c1；
6、s3：控制机械臂进行四周轻触式运动，并实时获取接触碰撞力，根据采集到的接触碰撞力变化判断轴、孔接触碰撞点c1在孔插件上的具体位置；
7、s4：根据轴、孔接触碰撞点c1的位置，设置相应的盲搜索轴孔对齐策略，实现轴、孔插件外圆轮廓中心对齐；
8、s5：进行轴孔的柔顺对接，判断电连接器装配结束点，记录全过程的接触力和力矩变化、接触状态变化、机械臂关节位移变化，输出装配耗时。
9、其中，在步骤s1中，粗糙定位位置a位于孔插件端面的上方，末端工具坐标系oexeyeze的ze轴为沿机械臂的末端工具指向孔的位置方向，搜索坐标系oaxayaza的za轴方向与ze轴方向一致。
10、其中，在步骤s2中，柔顺控制机械臂由初始位置移动至粗糙定位位置a的轨迹规划利用五次多项式插值实现，公式如下
11、θ(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+a4t4+a5t5
12、θ&(t)＝a1+2a2t+3a3t2+4a4t3+5a4t4
13、θ&&(t)＝2a2+6a3t+12a4t2+20a5t3
14、其中，θ为关节角度，t为时间，a0，a1，a2，a3，a4，a5为系数。
15、其中，在步骤s2中，柔顺控制的输入为机械臂腕部的六维力传感器测量值f(fx，fy，fz)，以及机械臂的六个关节的转角值(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6)，柔顺控制的输出为位移偏差量(δx，δy，δz)，相应的阻抗动力学控制方程为：
16、
17、
18、
19、其中，m，s，k分别为各自由度等效质量、阻尼和刚度。
20、其中，在步骤s2中，盲搜索轨迹采用螺旋搜索，基于前进的螺旋线实现，螺旋线轨迹起始半径能够覆盖孔插件的端面范围，且螺旋线半径逐渐减小，螺旋线轨迹s0为：
21、r＝|r0-λwt/(2*pi)|
22、x＝r*cos(wt1)-x0
23、y＝r*sin(wt1)-y0
24、z＝z0-vs*t1/(2*pi)
25、其中，r0为阿基米德螺旋线的起始半径，λ为阿基米德螺旋线的螺距，t1为搜索一周时长，vs为z向移动速度；
26、螺旋线轨迹s0基于搜索坐标系oaxayaza，需要进行坐标转换到基坐标系obxbybzb，坐标转换关系为：
27、
28、其中，为基坐标系中的轨迹表达，为搜索坐标系到基坐标系的坐标转换矩阵。
29、其中，在步骤s3中，轴、孔接触碰撞点c1的获取具体包括如下步骤：
30、s301：记录六维力传感器采集到合力的方向r0，方向r0与末端工具坐标系oexeyeze的ze轴构成平面m0；
31、s302：记录平面m0内ze轴的法向re，法向re指向机械臂的基座；
32、s303：令机械臂末端沿法向re方向作微小运动，采集力数据fe1并判断是否为0，若为0，表明轴、孔接触碰撞点c1在re方向无约束，即初始接触点位于孔插件端面；若不为0，令机械臂末端沿-re方向作微小运动，采集力数据fe2并判断是否为0，若为0，表明轴、孔接触碰撞点c1在-re方向无约束，即初始接触点位于孔插件侧面，若不为0，表明轴插件所在四周有约束，此时轴、孔插件处于中心对齐状态。
33本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S1中，粗糙定位位置A位于孔插件端面的上方，末端工具坐标系Oexeyeze的ze轴为沿机械臂的末端工具指向孔的位置方向，搜索坐标系OAxAyAzA的zA轴方向与ze轴方向一致。
3.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S2中，柔顺控制机械臂由初始位置移动至粗糙定位位置A的轨迹规划利用五次多项式插值实现，公式如下
4.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S2中，柔顺控制的输入为机械臂腕部的六维力传感器测量值F(fx，fy，fz)，以及机械臂的六个关节的转角值(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5,θ6)，柔顺控制的输出为位移偏差量(Δx，Δy，Δz)，相应的阻抗动力学控制方程为：
5.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S2中，盲搜索轨迹采用螺旋搜
6.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S3中，轴、孔接触碰撞点C1的获取具体包括如下步骤：
7.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当轴、孔接触碰撞点C1在孔插件的端面上时，相应的盲搜索轴、孔对齐策略如下：
8.根据权利要求7所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，端面临界点的判断策略具体为
9.根据权利要求8所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，四周轻触式判断具体为
10.根据权利要求9所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤S4中，当轴、孔接触碰撞点C1在孔插件的侧面上时，相应的盲搜索轴、孔对齐策略如下：
...【技术特征摘要】
1.一种航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤s1中，粗糙定位位置a位于孔插件端面的上方，末端工具坐标系oexeyeze的ze轴为沿机械臂的末端工具指向孔的位置方向，搜索坐标系oaxayaza的za轴方向与ze轴方向一致。
3.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤s2中，柔顺控制机械臂由初始位置移动至粗糙定位位置a的轨迹规划利用五次多项式插值实现，公式如下
4.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三角形斜边盲搜索方法，其特征在于，在所述步骤s2中，柔顺控制的输入为机械臂腕部的六维力传感器测量值f(fx，fy，fz)，以及机械臂的六个关节的转角值(θ1，θ2，θ3，θ4，θ5,θ6)，柔顺控制的输出为位移偏差量(δx，δy，δz)，相应的阻抗动力学控制方程为：
5.根据权利要求1所述的航天用轴孔装配直角三...
【专利技术属性】
技术研发人员：马晓龙，张崇峰，李宁，黎丰，陈萌，马嘉，邹怀武，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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。