[发明专利]一种机械臂伺服翻滚卫星对接圆环的运动轨迹规划方法

说明书

一种机械臂伺服翻滚卫星对接圆环的运动轨迹规划方法，涉及轨迹规划领域。本发明是为了解决现有机械臂伺服规划技术应用到失效卫星上时无法锁定失效卫星对接环的抓捕点导致跟踪过程中机械臂末端轨迹在对接环上漂移的问题。本发明包括：获取机械臂基座系相对于末端工具系的位姿矩阵^eT_b；获得对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的位姿矩阵^eT_g；利用^eT_b中机械臂基座系的姿态信息，以末端工具系为参考坐标系，重构^eT_g，获得重构后的对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的位姿信息[d_，γ_]；基于三角函数规划机械臂末端期望路径，使[d_，γ_]在预设时间内收敛到抓捕容差内；利用机械臂末端期望路径获取机械臂细分关节轨迹。本发明用于规划机械臂伺服对接圆环的运动轨迹。

技术领域

本发明涉及轨迹规划领域，特别涉及一种机械臂伺服翻滚卫星对接圆环的运动轨迹规划方法。

背景技术

失效卫星没有合作的标志器，为了捕获这类卫星，在机械臂末端安装手眼相机，通过测量卫星上的典型特征获取末端工具系与目标之间的相对位姿。失效的卫星通用特征包括对接环，帆板支架，天线等。其中对接环有足够的强度，可作为末端工具的抓持接口，因此，对接环是失效卫星最为理想的伺服靶标和抓捕接口。此外，失效目标一般处于旋转耦合章动的翻滚状态，捕获这类目标对机械臂的伺服规划技术提出了巨大的挑战。

当前的机械臂伺服规划技术，主要针对合作目标，如日本的ETS-VII机械臂、美国的OrbitExpress机械臂和国际空间站机械臂等，其伺服对象往往是静止不动，因此对伺服规划的时间没有限制，另外，相机测量合作靶标可以准确锁定目标，其抓捕点坐标系与目标对象是固连的，因此，机械臂可以直接根据视觉信息的测量反馈，规划关节运动跟踪目标。但是失效卫星没有合作的标志器，且失效目标一般处于旋转耦合章动的翻滚状态。将现有技术应用到失效卫星中，一方面，翻滚卫星对接环为典型的圆特征，具有全向对称性，相机无法解算出目标的滚转状态，会导致反馈的抓捕点信息不是固定的抓捕点而是在对接圆环上滑动的动态抓捕点，导致跟踪过程中机械臂末端轨迹在对接环上漂移；另一方面，翻滚卫星与机械臂存在相对运动，机械臂无法在指定时间内完成目标的伺服跟踪就会导致目标漂出机械臂的工作空间。

发明内容

本发明目的是为了解决现有机械臂伺服规划技术应用到失效卫星上时无法锁定失效卫星对接环的抓捕点导致跟踪过程中机械臂末端轨迹在对接环上漂移的问题，同时还存在无法在指定时间内完成伺服导致目标漂出机械臂的工作空间的问题，而提出了一种机械臂伺服翻滚卫星对接圆环的运动轨迹规划方法。

一种机械臂伺服翻滚卫星对接圆环的运动轨迹规划方法具体过程为：

步骤一、根据机械臂关节角度信息获取机械臂基座系相对于末端工具系的位姿矩阵^eT_b；

所述机械臂包括7个关节；

步骤二、根据对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的位姿信息[d，γ]，获得对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的位姿矩阵^eT_g；

其中，d是对接环抓捕点坐标系原点在末端工具系下的位置矢量，γ是对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的ZYX欧拉角；

步骤三、利用步骤一获得的^eT_b中机械臂基座系的姿态信息，以末端工具系为参考坐标系，重构步骤二获得的^eT_g，获得重构后的对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的位姿信息[d_，γ_]；

其中，d_是重构后的对接环抓捕点坐标系原点在末端工具系下的位置矢量，γ_是重构后的对接环抓捕点坐标系相对于末端工具系的ZYX欧拉角；