[发明专利]一种空间绳系机器人视觉精确逼近方法

摘要

本发明涉及一种空间绳系机器人视觉精确逼近方法，利用相机对目标得到的角度信息，建立基于卡尔曼滤波器的状态估计，并利用模型预测控制算法控制操作机器人的方向和速度，将滤波器的状态估计和路径跟踪联合最优，从而使得空间操作机器人一方面对目标进行逼近，另一方面单目测量得到精度保证的相对位置估计。本发明的有益效果是，使用基于模型预测控制的空间绳系机器人单目精确逼近方法，在仅使用单目相机的情况下，就能实现了空间绳系机器人对目标的实时精确定位，并准确的逼近目标。

主权项

1.一种空间绳系机器人视觉精确逼近方法，其特征在于：待抓捕目标的本体坐标系为Otxyz，Ow和O分别为机器人卫星平台和操作机器人的中心，操作机器人质量为m，卫星平台和操作机器人中心在待抓捕目标本体坐标系中的相对位置分别为Ow＝(xw yw zw)T和O＝(x y z)T，待抓捕目标相对于操作机器人的方位角定义为α、俯仰角定义为β，Ft为卫星平台对操作机器人的系绳张力，推进器总推力为Fs，其中Fsx，Fsy，Fsz是Fs沿着x,y,z三坐标轴的分量，相机成像平面的横、纵坐标分别为u、v，相机的焦距为f；逼近步骤如下：步骤1：对操作机器人进行动力学建模，得到空间绳系机器人的系统动力学方程和相机观测方程：系统动力学方程其中：n是轨道角速度；相机观测方程为：步骤2：采用扩展型卡尔曼滤波器EKF对系统动力学方程和相机观测方程进行滤波，得到操作机器人与目标之间相对位置的估计值和评价估计精度的协方差矩阵；步骤3：利用伪谱法，基于系统动力学方程，得到基于连续控制力的空间绳系机器人逼近目标的离线轨迹规划；步骤4：使用模型预测控制MPC方法，对步骤3得到的轨迹规划跟踪精度作为一个总体优化目标，对步骤2得到的估计精度作为另一个优化目标，控制操作机器人的运动方向和运动速度，实现对待抓捕目标的精确的逼近。