[发明专利]考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划方法

说明书

本发明公开的考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划方法，属于多体系统轨迹规划领域。本发明具体实现方法如下：首先在航天器初始状态下，通过五次多项式路径规划方法确定机械臂末端的位置和姿态指向的变化轨迹；根据航天器中心体姿态运动的规划，求取航天器本体坐标系下原期望位置与指向由于中心体姿态运动而产生的变化量，以此对机械臂的运动规划进行补偿；将机械臂末端的原轨迹规划与补偿规划对应求和，记为最终机械臂末端点轨迹，通过运动学伪逆算法对机械臂各关节角的运动轨迹进行规划，进而实现考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划；本发明具有减轻星载计算机实时计算压力，提高轨迹规划效率等优点。

技术领域

本发明涉及一种考虑航天器姿态运动的机械臂轨迹规划方法，属于多体系统轨迹规划领域。

背景技术

携带机械臂的航天器系统在执行在轨操作过程中，控制目标通常为机械臂末端作动器的位置和姿态指向，而航天器系统模型中可以直接控制的物理量为航天器中心体的位置与姿态和各节机械臂关节的转角。因此，为了使末端作动器在空间中以某种姿态指向某期望位置，需要通过轨迹规划算法对机械臂的运动进行规划。在机械臂轨迹规划的相关研究中，出于工程测量的实际条件，机械臂的位置和姿态指向通常都是在航天器中心体坐标系中描述。但是实际任务中航天器中心体可能存在一定的姿态运动，因而当期望到达的空间位置和姿态指向不变的情况下，相对于航天器中心体，原期望位置和姿态指向也会发生变化。因此，在航天器中心体存在姿态运动的情况下，机械臂的轨迹规划中需要考虑航天器中心体的运动影响并加入相应的运动补偿。但是在现有的相关文献中，大多数研究只提及基于星载敏感器对目标的测量进行机械臂的实时运动补偿，这种方法运算量较大，对星载计算机实时运算能力提出了较高的要求，较少有文献对这种机械臂运动补偿进行开环规划。

发明内容

本发明公开的考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划方法，要解决的问题是：机械臂上末端作动器的期望位置和指向在惯性空间中固定不变时，依据航天器中心体姿态运动信息补偿机械臂末端作动器的轨迹规划，使机械臂末端作动器能够在航天器中心体有姿态运动的情况下达到惯性空间中的原定期望位置和指向，实现考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划，具有规划效率高的优点。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划方法，首先在航天器初始状态下，通过五次多项式路径规划方法确定机械臂上末端作动器的位置和姿态指向的变化轨迹。根据航天器中心体姿态运动的规划，求取航天器本体坐标系下原期望位置与指向由于中心体姿态运动而产生的变化量，以此对机械臂的运动规划进行补偿。将机械臂末端的原轨迹规划与补偿规划对应求和，记为最终机械臂末端点轨迹，通过运动学伪逆算法获得机械臂各关节角的运动轨迹，进而实现考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划。该方法具有减轻实时计算压力，提高轨迹规划效率等优点。

本发明公开的考虑航天器本体姿态运动的机械臂轨迹规划方法，包括如下步骤：

步骤一：在航天器初始状态下，通过五次多项式路径规划方法确定机械臂上末端作动器的位置和姿态指向的变化轨迹。