[发明专利]一种空间绳系机器人超近距视觉伺服控制方法

摘要

本发明涉及一种空间绳系机器人超近距视觉伺服控制方法，在空间绳系机器人超近距逼近目标时，帆板支架充斥整个相机视场，很难测量抓捕点的位置，而帆板支架边缘构成的直线较容易检测，本发明以检测的帆板支架边缘直线为输入，提出一种新型的视觉伺服方法，有效控制空间绳系机器人逼近目标，进而完成空间操作任务。

主权项

1.一种空间绳系机器人超近距视觉伺服控制方法，其特征在于空间绳系机器人视觉测量系统为单相机，安装于操作机器人前端，帆板支架为单杆型无厚度薄板，且充满相机视场。步骤如下：步骤1、推导空间绳系机器人超近距逼近的量测方程k1=x0cosβsinγ+y0sinβ+L(sinαsinγ+cosαcosγsinβ)z0sinβ+x0cosβcosγ+L(cosγsinα-cosαsinβsinγ)k2=x0cosβsinγ+y0sinβ-L(sinαsinγ+cosαcosγsinβ)z0sinβ+x0cosβcosγ-L(cosγsinα-cosαsinβsinγ)b1=-rcosβ(y0cosγ+Lcosα-z0sinγ)x0cosγcosβ+z0sinβ+L(sinαcosγ-cosαsinβsinγ)b2=-rcosβ(y0cosγ-Lcosα-z0sinγ)x0cosβcosγ+z0sinβ-L(sinαcosγ-cosαsinβsinγ)]]>x0y0z0=-xcosαcosβ-ycosβsinα+zsinβx(cosγsinα-cosαsinβsinγ)-y(cosαcosγ+sinαsinβsinγ)-zcosβsinγ-x(sinαsinγ+cosαcosγsinβ)+y(cosαsinγ-cosγsinαsinβ)-zcosβcosγ]]>k₁为帆板支架边缘线1成像直线的斜率，b₁为帆板支架边缘线1成像直线与像平面y轴的交点坐标。k₂为帆板支架边缘线2成像直线的斜率，b₂为帆板支架边缘线2成像直线与像平面y轴的交点坐标。r为相机焦距，L为帆板支架宽度的一半，(x₀,y₀,z₀)为抓捕点坐标系原点在相机坐标系的位置，(γ,β,α)为抓捕点坐标系到相机坐标系321姿态变换的旋转角度，(x,y,z)为操作端机器人在目标轨道系的三向位置。步骤2、分析机器人操作端控制需求，推导超近距逼近的状态方程：空间绳系机器人操作端的控制需求：[ω_x,ω_y,ω_z,β,γ]＝[0,0,0,0,0]，y＝0，ω_x，ω_y，ω_z为操作机器人与目标的三向相对角速度。空间绳系机器人超近距逼近的状态方程：ω·xω·yω·z=-IxIyIz-10-ωzωyωz0-ωx-ωyωx0IxIyIzωxωyωz+IxIyIz-1MxMyMzβ·=ωycosγ-ωzsinγγ·=ωx+(ωzcosγ+ωysinγ)tanβy··+n2y=Fxcosβsinα+Fy(cosγcosα+sinγsinβsinα)+Fz(-sinγcosα+cosγsinβsinα)m]]>α·=(ωzcosγ+ωysinγ)secβx··-2nz·=Fxcosβcosα+Fy(-cosγsinα+sinγsinβcosα)+Fz(sinγsinα+cosγsinβcosα)mz··+2nx·-3n2z=-Fxsinβ+Fysinγcosβ+Fzcosγcosβm]]>IxIyIz]]>为操作机器人动量矩，m为操作端机器人的质量，n为目标轨道角速度，F_x,F_y,F_z和M_x,M_y,M_z分别为操作端机器人的三向控制力与控制力矩。步骤3：设计空间绳系机器人超近距逼近控制器如下式，实现空间绳系机器人超近距视觉伺服控制方法：Mx=-p1k1-p2ωxMy=-p3(k1-k2)-p4ωyMz=-p5ωzFy=-p6(b1+b2)-p7(b·1+b·2)p1>0p2>0p3>0p4>0p5>0p6>0p7>0]]>p₁,p₂,p₃,p₄,p₅,p₆,p₇为设计的控制器参数。