[发明专利]一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法

说明书

本发明涉及一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法，属于空间机器人运动规划与碰撞检测领域；步骤一、建立空间机械臂模型；步骤二、对星本体和对接环、2个机械臂、2个末端执行机构分别建立包围盒；步骤三、建立2个执行机构包围盒之间碰撞判断解析式，并判断2个执行机构包围盒是否发生碰撞；建立其中1个机械臂对应末端执行机构的包围盒与另一个机械臂包围盒的碰撞判断解析式，并判断该末端执行机构与该机械臂包围盒是否发生碰撞；建立2个机械臂包围盒之间的碰撞判断解析式，并判断2个机械臂包围盒是否发生碰撞；本发明提高了对星上碰撞情况的检测效率、数据存储效率、动态更新效率以及检测精确度。

技术领域

本发明属于空间机器人运动规划与碰撞检测领域，涉及一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法。

背景技术

在多个空间机械臂在轨协同操作的过程中，可能出现臂杆与臂杆碰撞、臂杆与末端执行机构碰撞、末端执行机构与末端执行机构碰撞、臂杆与星本体碰撞及末端执行机构与星本体碰撞等5种异常情况。为高效、精确地监测多臂协同操作的安全性，对星上碰撞情况做出实时判断和适时预警，需发展合理有效的在轨碰撞检测方法。

目前的分层次碰撞检测方法多是通过遍历分析平表面包围盒层次树的投影是否重叠，来获取潜在的碰撞对象。然而平表面包围盒虽然构型简单，但对星上的圆滑表面包围不够紧密，并且遍历会降低星上的检测效率、数据存储效率及动态更新效率。基于圆柱体包围盒的碰撞检测方法可提高包围盒紧密性，但目前多是通过可视化方法判断其是否相交或重叠，然而在在轨卫星平台上不具备可视化条件，还需通过解析式计算进行判断。另外，基于均匀网格分割做点集相交检测也可以精确地检测碰撞情况，但相对费时。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法，提高了对星上碰撞情况的检测效率、数据存储效率、动态更新效率以及检测精确度，满足对星上动态复杂机构的异常工作状态实时监测和快速规避的应用需求。

本发明解决技术的方案是：

一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法，

步骤一、建立空间机械臂模型，包括星本体、对接环、2个机械臂和2个末端执行机构；

步骤二、对星本体和对接环、2个机械臂、2个末端执行机构分别建立包围盒；获得本体包围盒、2个机械臂包围盒和2个执行机构包围盒；

步骤三、建立2个执行机构包围盒之间碰撞判断解析式，并判断2个执行机构包围盒是否发生碰撞；建立其中1个机械臂对应末端执行机构的包围盒与另一个机械臂包围盒的碰撞判断解析式，并判断该末端执行机构与该机械臂包围盒是否发生碰撞；建立2个机械臂包围盒之间的碰撞判断解析式，并判断2个机械臂包围盒是否发生碰撞。

在上述的一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法，所述步骤一中，星本体为水平放置的长方体结构；对接环为同轴放置的2个柱状结构；对接环固定设置在星本体的上表面；2个机械臂固定设置在星本体的顶部，且2个机械臂对称放置在对接环的两侧；每个末端执行机构对应固定安装在1个机械臂的顶端；每个机械臂包括四个轴端依次连接的柱状机械臂关节。

在上述的一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法，所述步骤二中，建立包围盒的具体方法为：

对星本体和对接环建立本体包围盒，本体包围盒形状为星本体和对接环组成的最小外形面；

对2个机械臂分别建立机械臂包围盒，机械臂包围盒包括4个柱状盒体；每个柱状盒体的形状为对应机械臂关节的最小外形面；

对2个末端执行机构分别建立执行机构包围盒；执行机构包围盒为球形结构；执行机构包围盒为包络末端执行机构外形的最小球体。