[发明专利]一种空间机械臂全局无碰轨迹规划系统

摘要

本发明涉及一种空间机械臂全局无碰轨迹规划系统，通过建立三维视景仿真系统，基于几何关系的碰撞检测，进而利用关节空间随机采样方法，计算搜索出一组与周围环境无碰撞、且满足机械臂运动能力的轨迹。本发明对空间机械臂各关节及基座上的各部件进行凸处理；同时计算机械臂的操作空间，对操作空间之外的部件不进行碰撞检测，以此优化碰撞检测算法，提高计算效率；设计了基于关节空间随机采样的规划算法，可通过简单地的迭代计算搜索出一组与周围环境无碰撞、且满足机械臂运动能力的轨迹数据，无需考虑复杂的建模过程；对于已有轨迹数据，可以将该组轨迹的运行状态通过三维视景仿真直观地动态展示，减少错误指令发送给真实空间机械臂的风险。

主权项

1.一种空间机械臂全局无碰轨迹规划系统，其特征在于，包括碰撞检测模块、关节空间随机采样模块、路径搜索器、逆运动学模块、路径优化器以及轨迹生成模块；碰撞检测模块接收输入的空间机械臂DH参数、初始及目标构型以及环境信息，接收关节空间随机采样模块生成的空间机械臂构型，计算构型自身是否发生碰撞，接收路径搜索器输出的局部路径，判断局部路径中空间机械臂与基座各部件是否发生碰撞；关节空间随机采样模块接收空间机械臂DH参数，生成所有可能的构型，并通过碰撞检测模块选出自本身无碰撞的构型发送给路径搜索器；逆运动学模块接收空间机械臂DH参数以及末端执行器的初始与期望位姿，将其变换为构型发送给路径搜索器；路径搜索器连接构型形成多条局部路径，并通过碰撞检测模块选出无碰撞的局部路径发送给路径优化器；路径优化器，基于无碰撞的局部路径生成多个可行的从初始构型到期望构型的全局路径，按照关节空间最短路径的约束进行优化后，发送给轨迹生成模块；轨迹生成模块使用空间机械臂的最大运动速度与帧率对优化后的路径作插值，生成一条含时轨迹。