[发明专利]一种基于双目视觉的空间机械臂运动学参数在轨标定方法

说明书

本发明公开了一种基于双目视觉的空间机械臂运动学参数在轨标定方法，主要设备包括固定在空间站舱体外侧的空间机械臂和标定装置，二者位姿变换关系已知。标定装置具有双目空间相机与系统控制器。标定方法如下：根据空间机械臂关节构型建立空间机械臂的运动学模型；根据空间机械臂的运动学模型建立空间机械臂运动学参数标定模型；系统控制器向空间机械臂发送指令，使其均匀的运行至50个位置点；在每个位置点处，系统控制器读取空间机械臂的关节角，双目空间相机测量空间机械臂末端位置；系统控制器计算修正后的运动学参数；系统控制器将修正后的运动学参数传输至空间机械臂。本发明具有自动化程度高、空间环境适应性好等特点。

技术领域

本发明属于空间机械臂运动学参数在轨标定领域，涉及一种基于双目视觉的 空间机械臂运动学参数在轨标定方法。

背景技术

随着空间技术的飞速发展，特别是空间站、航天飞机、空间机器人等的诞生 及应用，空间机械臂作为在轨支持、服务的一项关键技术已经进入太空，并越来 越受到人们的关注。通过航天飞机和国际空间站的实际使用，空间机械臂显示出 强大的应用能力和广阔的应用前景，对空间科学和应用的发展起到了很大的带动 作用。特别是空间站在轨服务、深空探测等空间技术领域的迅速发展，对于空间 机械臂技术的需求越来越迫切，而且对其工作能力和性能要求越来越高，对其可 靠性、安全性、寿命等方面也提出了越来越高的要求。

空间机械臂在发射过程会受到巨大作用力，在轨运行时的处在极端射线与温 度环境中，长期使用后容易发生磨损和变形。这些因素不可避免的引起空间机械 臂的运动学参数发生变化，导致空间机械臂无法正常完成在轨支持和服务等任务。

由于在轨环境和空间机械臂结构的特殊性，传统的机械臂运动学参数标定方 法无用于空间机械臂运动学参数的在轨标定。因此，需要一种自动化标定方法实 现空间机械臂运动学参数进行在轨标定，确保机械臂能正常完成在轨支持和服务 等服务。

发明内容

为了解决空间机械臂在轨标定的问题，本发明提出了一种基于双目视觉的空 间机械臂运动学参数在轨标定方法，针对空间机械臂运动学参数在轨标定的特殊 性，利用双目空间相机作为测量设备，给出了空间机械臂运动学参数的在轨标定 方法，该方法自动化程度高，空间适应性好，易于实现。

本发明基于双目视觉的空间机械臂运动学参数在轨标定方法所涉及空间机 械臂运动学参数在轨标定系统包括空间机械臂和标定装置，均安装固定在空间站 舱体外侧，二者位姿变换关系已知；其中，标定装置包括双目空间相机与系统控 制器；系统控制器负责标定系统的整体控制，分别与空间机械臂和双目空间相机 通信。上述空间机械臂末端安装有靶标，用于提高双目空间相机测量精度。

通过上述标定装置对空间机械臂的标定方法具体步骤如下：

步骤1：根据空间机械臂的关节构型建立空间机械臂的运动学模型；

步骤2：根据步骤一得到的空间机械臂的运动学模型建立空间机械臂运动学 参数标定模型；

步骤3：由系统控制器向空间机械臂发送运动指令，使其均匀运行至50个位 置点，且安装于空间机械臂末端的靶标在每个位置点处均朝向双目空间相机；

步骤4：在每个位置点处，系统控制器读取空间机械臂关节角θ1～θ7，并由双 目空间相机测量机械臂末端位置xj、yj、zj，j为位置点个数。