[发明专利]一种最小化基座碰撞扰动的空间机械臂轨迹规划方法

摘要

本发明公开了一种最小化基座碰撞扰动的空间机械臂轨迹规划方法，属于机械臂控制技术领域。在建立空间机械臂运动学方程、动力学方程的基础上，推导出机械臂基座姿态扰动方程；在考虑空间机械臂末端捕获位姿精度、关节限位的情况下，设计综合优化算子，并在零空间内对机械臂构型优化以实现由碰撞引起的基座扰动最小化；最后，采用粒子群优化算法实现空间机械臂由初始位姿到理想位姿的碰前轨迹规划。本发明解决了空间机械臂碰前轨迹规划问题，其控制过程简单易懂，综合优化算子设计新颖实用，通过该规划方法可以实现在确保机械臂末端捕获位姿精确，关节角度不超限的前提下尽量减小碰撞引起的基座姿态扰动。

主权项

一种最小化基座碰撞扰动的空间机械臂轨迹规划方法，其特征在于：所述方法由以下步骤完成：步骤一、采用拉格朗日方法建立空间机械臂动力学模型，消去基座线速度变量，推导出含有关节角变量和基座角速度变量的空间机械臂动力学方程步骤二、在极短时间内对碰撞动力学方程积分，消去关节角变量，结合碰撞脉冲表达式导出基座姿态扰动与空间机械臂运动学参数、动力学参数、碰撞方向、碰撞相对速度及恢复系数的关系；步骤三、设计综合考虑关节限位及基座扰动的优化因子，在冗余度机械臂的零空间内进行优化，直到达到平衡稳定的状态，得到此时机械臂碰撞前的最优构型；步骤四、采用正弦七次多项式拟合机械臂关节角度，利用粒子群算法求得相应的控制参数，完成空间机械臂从初始构型到理想构型的规划；