【摘要】：針對(duì)空間機(jī)械臂對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的抓捕提出了一種分段的在線運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法,重點(diǎn)解決機(jī)械臂可能遮擋立體視覺(jué)相機(jī)視線的問(wèn)題,并滿(mǎn)足抓捕時(shí)間要求.基于擴(kuò)展卡爾曼濾波器(EKF)建立了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)器.對(duì)立體視覺(jué)相機(jī)的視線遮擋約束進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模.將機(jī)械臂向目標(biāo)的接近過(guò)程分成2個(gè)階段,在2個(gè)階段中分別使用多約束環(huán)境下的滾動(dòng)RRT(快速擴(kuò)展隨機(jī)樹(shù))方法和能夠快速接近目標(biāo)的比例導(dǎo)引算法,并根據(jù)對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)精度自主切換運(yùn)動(dòng)段.同時(shí)考慮組合體的動(dòng)力學(xué)耦合特性,在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃中限制了平臺(tái)姿態(tài)角速度.利用數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了本文的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)方法和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法.比例導(dǎo)引方法可能由于機(jī)械臂遮擋立體視覺(jué)相機(jī)觀測(cè)視線而抓捕失敗,而本文的分段運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法對(duì)全部仿真情況都能成功抓捕目標(biāo).本文的分段運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法能夠?qū)Ω鱾�(gè)方向運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)并快速可靠地抓捕,避免了因遮擋立體視覺(jué)相機(jī)觀測(cè)視線引起的抓捕失敗.基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)的切換策略能夠根據(jù)實(shí)際的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況在線自主地切換2個(gè)運(yùn)動(dòng)段,對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)未知的目標(biāo)具有魯棒性.
[Abstract]:A piecewise online motion planning method is proposed for the capture of moving objects by space manipulator, which focuses on solving the problem that the robot arm may block the sight of stereo vision camera and meet the requirements of capture time. Based on the extended Kalman filter (EKF), a target motion state estimator is established. The line of sight occlusion constraint of stereo vision camera is modeled mathematically. The approach process of robot arm to target is divided into two stages. The rolling RRT (fast extended random tree) method in multi-constrained environment and the proportional guidance algorithm which can approach the target quickly are used in the two phases, respectively. According to the estimation accuracy of the target motion state, the motion segment is switched autonomously. At the same time, considering the dynamic coupling characteristics of the composite body, the angular velocity of the platform attitude is limited in motion planning. The method of motion state estimation and motion planning are verified by mathematical simulation. The proportional guidance method may fail because of the robot arm blocking the observation line of sight of stereo vision camera, but the segmented motion planning method in this paper can capture the target successfully for all the simulation cases. The segmented motion planning method in this paper can effectively estimate the moving state of the moving target in various directions and capture quickly and reliably, thus avoiding the capture failure caused by the line of sight observed by the stereo vision camera. The handoff strategy based on target motion state estimation can automatically switch two motion segments on line according to the actual target motion, which is robust to the target with unknown motion state.
【作者單位】： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院;哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院;
【基金】：國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2015BAK06B00)
【分類(lèi)號(hào)】：TP242;V441

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本文編號(hào)：2400346