[发明专利]一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法

说明书

本发明提供了一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法，利用Pro/E和3Dmax软件，采用分层处理方法分解精细几何模型，再利用快速分层递归算法，处理机械臂自检检测和场景干涉检测，获得整体干涉状态和安全距离。本发明基于分层处理方法，能够得到与实际几何状态完全一致的空间站及机械臂精确计算模型，且模型构建简便易得，能够应对空间站构型变化过程；利用快速分层递归算法，能够在精确模型的基础上准确计算干涉状态和安全距离，为运动安全性和路径规划可行性提供保证；分层递归算法计算速度快，稳定性强，能够对机械臂在轨运动提供实时干涉状态检测。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法。

背景技术

空间站机械臂在轨执行操作任务，尤其是辅助航天员出舱等任务，安全性是任务规划、路径规划的首要约束条件。随着空间站在轨建设的发展，空间站安装设备和舱段状态愈加复杂，大尺寸的机械臂运动受舱体、太阳翼、舱上设备影响极大；而空间站机械臂自身无事前干涉检查传感器，也不具备距离测量手段，因此必须借助其他干涉状态检测方法完成实时碰撞检测的精确预示和安全距离的精确计算。

目前国内外相关文献中尚没有针对大型复杂空间站机械臂的干涉状态检测的学术成果，已有成果多为简单环境下的简单几何分析和包络分析。中国专利(CN201711125091.1)《一种Creo动静态干涉检查结果快速反馈系统及方法》介绍了一种基于Creo软件的几何模型干涉检查方法，该方法中模型保持高精度，但计算时间长，无法完成实时动态检测，且针对确知、简单工作环境。中国专利(CN201710775981.0)《一种基于空间坐标系的机械臂路径规划方法和装置》，公开了一种基于空间坐标系、分时分段规划的机械臂路径规划方法，该方法灵活性高，能完成避障操作，但只能应对固定基座情况，对机械臂爬行状态无规划能力，且规划安全性、可靠性差。

因此，目前关于空间站机械臂运动干涉状态实时检测存在以下问题：

(1)空间站建造期间，本体构型状态变化大(由单舱逐渐拓展为三舱甚至多舱)，舱外设备状态复杂，机械臂运动面临检测环境变化大的问题；

(2)空间站运营安全性要求高，且舱外任务复杂，机械臂运动需要精确的安全距离信息作为运动安全性和路径规划可行性的保证；

(3)空间站机械臂为大型机械臂，其末端运动速度快，干涉状态检测需要解决实时性的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法，解决空间站机械臂在复杂空间约束条件下进行动态、实时干涉状态检查的问题，提供可靠的干涉状态和精确的安全距离信息。

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法，利用Pro/E和3Dmax软件，采用分层处理方法分解精细几何模型，再利用快速分层递归算法，处理机械臂自检检测和场景干涉检测，获得整体干涉状态和安全距离，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

一种空间站机械臂运动干涉状态实时检测方法，包括：

结合环境状态约束和任务要求确定任务剖面，建立与该任务剖面相关的机械臂运动状态；

依据空间站机械臂和各环境结构的几何模型，将所需要的机械臂模型和环境结构模型进行分块处理，输出模型计算所需的点、线、面数据；

依据点、线、面数据，采用模型重构方法，在干涉检查仿真环境中重新构建空间站机械臂与相关环境结构的计算模型；

设定机械臂与空间站当前状态及干涉状态检测的遍历策略；

开展机械臂自检检测和场景干涉状态检测；