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1、第32卷第10期計算機(jī)仿真2015年10月文章編號：1006—9348(2015)10—0048—06應(yīng)用于路徑避障的空間機(jī)器人避奇異軌跡規(guī)劃吳戈，張國良，羊帆，陳志侃(第二炮兵工程大學(xué)，陜西西安710025)摘要：直接選取初始點與目標(biāo)點的連線作為末端運動軌跡，自由漂浮空間機(jī)器人系統(tǒng)的避障能力將受到限制。為優(yōu)化軌跡規(guī)劃，通過引入特定途徑點，結(jié)合關(guān)節(jié)空間姿態(tài)規(guī)劃和笛卡爾空間位置規(guī)劃，設(shè)計一種姿態(tài)一位置組合的避奇異軌跡規(guī)劃方法。所引入途經(jīng)點將整個規(guī)劃過程分為關(guān)節(jié)空間調(diào)姿段和笛卡爾空間避奇異段。關(guān)節(jié)空間調(diào)姿段通過前向運動學(xué)規(guī)劃配置出回避動力學(xué)奇異的初始狀態(tài)值
2、；迸而笛卡爾空間避奇異段選取途經(jīng)點為初始點對末端直線軌跡重新規(guī)劃，從而完成動力學(xué)奇異回避。最后，基于平面二自由度自由漂浮空間機(jī)器人平臺進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，所提規(guī)劃方法在完成動力學(xué)奇異回避任務(wù)的同時明顯提高了系統(tǒng)的避障能力。關(guān)鍵詞：空間機(jī)械臂；軌跡規(guī)劃；奇異回避；避障中圖分類號：TP242文獻(xiàn)標(biāo)識碼：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引言隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，空間機(jī)器人憑借其在復(fù)雜環(huán)境下執(zhí)行衛(wèi)星零件組裝、空間目標(biāo)捕獲與在軌維護(hù)等高難度任務(wù)的能力，在空間探索
7、及在軌服務(wù)中發(fā)揮著重要作用?。自由漂浮空間機(jī)器人的笛卡爾空間路徑規(guī)劃，需要計算系統(tǒng)的逆雅克比矩陣，不可避免地會出現(xiàn)動力學(xué)奇異問題，導(dǎo)致機(jī)械臂末端不按預(yù)期軌跡運動舊1。因此，采用相應(yīng)的奇異回避方法規(guī)劃出期望的機(jī)械臂末端軌跡是非常有意收稿日期：2014—12—29—48一義的。經(jīng)分析，目前存在的自由漂浮空間機(jī)器人奇異回避路徑規(guī)劃方法主要有三類：其一是奇異點消除法¨'41；即通過對動力學(xué)奇異點采取疊加或者分離等方法，消除雅克比矩陣奇異的影響，從而解決笛卡爾路徑規(guī)劃下的動力學(xué)奇異問題。其二是奇異問題轉(zhuǎn)化法¨’61；即將規(guī)劃過程中的動力學(xué)奇異問題轉(zhuǎn)化為運動學(xué)奇異
8、問題或者是其它便于分析計算的問題，避免直接求解逆廣義雅克比矩陣，從而解決廣義雅克比矩陣動力學(xué)奇
