应用于路径避障的空间机器人避奇异轨迹规划.pdf

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1、第32卷第10期计算机仿真2015年10月文章编号：1006—9348(2015)10—0048—06应用于路径避障的空间机器人避奇异轨迹规划吴戈，张国良，羊帆，陈志侃(第二炮兵工程大学，陕西西安710025)摘要：直接选取初始点与目标点的连线作为末端运动轨迹，自由漂浮空间机器人系统的避障能力将受到限制。为优化轨迹规划，通过引入特定途径点，结合关节空间姿态规划和笛卡尔空间位置规划，设计一种姿态一位置组合的避奇异轨迹规划方法。所引入途经点将整个规划过程分为关节空间调姿段和笛卡尔空间避奇异段。关节空间调姿段通过前向运动学规划配置出回避动力学奇异的初始状态值

2、；迸而笛卡尔空间避奇异段选取途经点为初始点对末端直线轨迹重新规划，从而完成动力学奇异回避。最后，基于平面二自由度自由漂浮空间机器人平台进行仿真，结果表明，所提规划方法在完成动力学奇异回避任务的同时明显提高了系统的避障能力。关键词：空间机械臂；轨迹规划；奇异回避；避障中图分类号：TP242文献标识码：BSingularityAvoidancePathPlanningofSpaceRobotforObstacleAvoidanceWUGe，ZHANGGuo—liang，YANGFan，CHENZhi—kan(TheSecondArtilleryEn舀nee

3、ringUniversity，Xi’anShaanxi710025，China)ABSTRACT：TheobstacleavoidanceofFree—Floatingspacerobotssystemperformspoorlywhenthestraightlineischosendirectlybetweentheinitialpointandtargetpoint．Tosolvetheproblem，asingularityavoidancepathplanningmethodofattitude—positioncombinationWasde

4、signedbysynthesizingtheadvantagesofboththepathplanninginthejointspaceandcartesianspacebasedonvia—point．Thewholepathwasdevidedintotwoparts．Theappropriateini—tialsystemconfigurationsthatavoiddynamicallysingularconfigurationscanbeplannedbytheforwardkinematicmethodintheattitudeadjus

5、tmentpartinjointspace．Thensuchavia—pointWasusedastheinitialpointinsingular—ityavoidancepartincartesianspacetoimprovethemotiontrajectoryofend—effeetorforsingularityavoidance．Final—ly．thepathplanningmethodWasverifiedbyanexperimentona2一DOFplanarmanipulatorfree—floatingrobotplat·for

6、m．Thesimulationresultsshowthattheproposedcombinationmethodimprovestheabilityofobstacleavoidancewhenperformsinsingularityavoidance．KEYWORDS：Spacemanipulator；Trajectoryplanning；Singularityavoidance；Obstacleavoidance1引言随着航空航天技术的飞速发展，空间机器人凭借其在复杂环境下执行卫星零件组装、空间目标捕获与在轨维护等高难度任务的能力，在空间探索

7、及在轨服务中发挥着重要作用⋯。自由漂浮空间机器人的笛卡尔空间路径规划，需要计算系统的逆雅克比矩阵，不可避免地会出现动力学奇异问题，导致机械臂末端不按预期轨迹运动旧1。因此，采用相应的奇异回避方法规划出期望的机械臂末端轨迹是非常有意收稿日期：2014—12—29—48一义的。经分析，目前存在的自由漂浮空间机器人奇异回避路径规划方法主要有三类：其一是奇异点消除法¨'41；即通过对动力学奇异点采取叠加或者分离等方法，消除雅克比矩阵奇异的影响，从而解决笛卡尔路径规划下的动力学奇异问题。其二是奇异问题转化法¨’61；即将规划过程中的动力学奇异问题转化为运动学奇异

8、问题或者是其它便于分析计算的问题，避免直接求解逆广义雅克比矩阵，从而解决广义雅克比矩阵动力学奇