[发明专利]一种空间机械臂快速碰撞检测方法

权利要求书

1.一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1：采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体和胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和转换；

在空间站运行过程中，对碰撞检测模型进行更新，主要包括以下类型：

当空间站构型发生改变时，将描述空间站碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；地面机器人获得不同空间站构型下的模型数据；若构型发生改变，地面机器人重新生成空间站碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；

当暴露平台的构型发生改变时，将描述暴露平台碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码，当构型发生改变，给出暴露平台相对之前位置的变换，又已知暴露平台相对空间站坐标系的变换，计算得出新位置的模型数据，地面机器人重新生成暴露平台碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，通过下式表示碰撞模型数据：

T₀＝T₁×T₂

其中，T₀为碰撞后暴露平台相对空间站坐标系的变换，T₁为暴露平台相对空间站坐标系的变换，T₂为暴露平台碰撞前坐标系的变换；

当末端载荷尺寸发生改变时，将描述末端载荷碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；当末端载荷尺寸发生改变时，确定末端载荷在小臂运动学坐标系下的坐标以及尺寸的变化，计算更新得出末端模型数据，地面机器人生成末端载荷碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；

当空间站上增加大型舱体或载荷时将预留的描述新增碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，判断是否添加新模型以及添加的模型数量，地面机器人生成新增碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，在模型数据转换过程以及碰撞测试过程时进行判断；

步骤2：当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；

步骤3：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测；

步骤4：当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，进行全部部件检测。

2.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：所述步骤1具体为：

采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体与胶囊体包围盒的模型包络，将所述机械臂的各部件进行包络后采集每个球体的球心坐标和半径大小，并转换在同一坐标系下，确定实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度，根据实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度判断空间站太阳翼帆板是否转动。

3.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：所述步骤2具体为：

当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；

根据空间机械臂任务的需要，给定空间机械臂各杆件长度、各关节关节角度、末端负载状态、基座适配器编号和肩部适配器编号信息，为空间机械臂实现快速自碰撞检测做准备，根据空间机械臂各关节角度进行正运动学变换，得到实验舱机械臂新的位姿，并以球体和胶囊体的模型数据更新，检测到碰撞后根据球体和胶囊体包络算法计算实验舱机械臂自身部件之间的最短距离，以及距离最短的部件编号。

4.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测，基座位置在舱体上，由于基座固定，预先设置不同基座处与实验舱机械臂发生碰撞检测的舱体和太阳翼，当在轨任务时，对发生碰撞的太空舱进行检测，检测到碰撞后根据包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与除实验舱机械臂外分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。