CN105425830B - 一种空间机械臂的任务规划方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种空间机械臂的任务规划方法及系统，一方面，本发明实施例通过获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；从而，根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；进而，根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。因此，本发明实施例提供的技术方案用以解决现有技术中只能对简单的任务进行任务规划的问题。

Description

一种空间机械臂的任务规划方法及系统

【技术领域】

本发明涉及自动化控制技术，尤其涉及一种空间机械臂的任务规划方法及系统。

【背景技术】

随着空间探索的不断深入，各类航天器的搭建、维修及服务等在轨操作任务变得越发繁重和复杂。由于空间环境具有高真空、强辐射、高低温交变等特点，宇航员出舱执行任务具有很大风险。利用空间机械臂协助甚至代替宇航员执行任务，不仅可以保护宇航员的生命安全，也可以提高作业效率，节省成本。

空间机械臂多处在狭小、复杂和供给匮乏的工作环境中，能源供给和维护保养等方面成本较高，因此其运动过程受到来自自身和外界的多重约束。另外，受计算机性能限制和在轨控制系统可靠性要求，空间机械臂的任务规划方式已无法满足日益复杂的在轨任务需求。

目前，空间机械臂的控制系统主要进行任务规划、路径规划和运动控制三方面，其中任务规划作为控制系统的最高层，负责任务目标的接收、分析，进一步完成任务规划，然而，现有技术中只能实现对简单的直线任务的任务规划，对于比较复杂的任务，如空间机械臂在保持末端姿态恒定不变的前提下绕过障碍物等，还无法实现任务规划。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种空间机械臂的任务规划方法及系统，用以解决现有技术中只能对简单的任务进行任务规划的问题。

本发明实施例提供了一种空间机械臂的任务规划方法，包括：

获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点，包括：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，包括：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点，包括：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点，包括：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价，包括：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f,p_c)+h(p_c)

其中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价；g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价；C(p_f,p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价；h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。

本发明实施例还提供了一种空间机械臂的任务规划系统，包括：

信息输入单元，用于获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

中间点获取单元，用于根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

任务规划单元，用于根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中间点获取单元，具体用于：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中间点获取单元用于根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点时，具体用于：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中间点获取单元用于利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点时，具体用于：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中间点获取单元用于获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点时，具体用于：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中间点获取单元用于获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价时，具体用于：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f,p_c)+h(p_c)

其中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价；g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价；C(p_f,p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价；h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。

由以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下有益效果：

根据本发明实施例提供的技术方案，可以获取到任务起始点与任务目标点之间的非直线路径上的任务中间点，从而能够利用任务中间点完成复杂任务的规划，从而能够解决现有技术中只能对简单的任务进行任务规划的问题，能够满足复杂的在轨任务需求，保护宇航员的生命安全，提高作业效率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划方法的流程示意图；

图2是利用本发明实施例提供的空间机械臂的任务规划方法的实施例的流程示例图；

图3是利用本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划方法的任务示例图；

图4是本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划系统的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

空间机械臂的控制主要包括三个部分，即任务规划、路径规划和运动控制。其中，任务规划指的是输入空间机械臂需要执行任务的任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法，然后，根据任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法，对一个完整的任务进行任务拆分，确定至少一个任务中间点，最后根据任务起始点、任务目标点和至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。进一步，根据为空间机械臂规划出的任务，进行空间机械臂的路径规划，如根据任务起始点、任务目标点、所述至少一个任务中间点和预设的路径规划算法，为空间机械臂生成每两个点之间的执行路径，所述执行路径为空间机械臂在两个点之间的移动路径，依据该执行路径，空间机械臂就可以按照规划的执行路径进行移动，以完成指定的任务。

实施例一

本发明实施例给出一种空间机械臂的任务规划方法，请参考图1，其为本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S101，获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法。

具体的，任务规划器可以获取输入的任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法。

可以理解的是，所述任务起始点指的是空间机械臂需要执行任务的任务起始位置，同理，所述任务目标点指的是空间机械臂需要执行任务的任务目标位置。

可以理解的是，所述约束条件可以包括空间机械臂的每个臂杆的长度、每个关节的角度等，还可以包括规划目标，如规划出的任务执行时间最短或者空间机械臂执行规划出的任务关节行程最短等。

可以理解的是，所述路径规划算法可以用于计算点与点之间的实际代价，还可以用于完成空间机械臂的路径规划。

S102，根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点。

S103，根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

具体的，在获取到至少一个任务中间点之后，所述任务规划器可以根据所述至少一个任务中间点、任务起始点、任务目标点、路径规划算法，为空间机械臂生成每两个点之间的执行路径，并为执行路径分配资源，以完成所述空间机械臂的任务规划，最终输出规划结果。

需要说明的是，S101～S103的执行主体可以为空间机械臂的任务规划系统，该系统可以位于所述任务规划器中。

实施例二

基于上述实施例一所提供的空间机械臂的任务规划方法，本发明实施例对S102中根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点的方法进行具体描述。该步骤具体可以包括：

举例说明，任务规划器根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点的方法可以包括但不限于：

首先，任务规划器可以根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止。其中，M为大于0的整数。

然后，所述任务规划器利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，所述任务规划器获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点。其中，P为大于0且小于或者等于M的整数。

最后，所述任务规划器根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点。

需要说明的是，对于每两次获取的M个候选中间点的数目可以相同也可以不同，本发明实施例对此不进行特别限定。同理，每次经过筛选后得到的P个候选中间点的数目可以相同也可以不同，本发明实施例对此不进行特别限定。

举例说明，根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点的方法可以包括但不限于：

首先，对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价。然后，获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点，并根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，继续获取M个候选中间点。

举例说明，利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点的方法可以包括但不限于：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

举例说明，所述获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点，包括：

首先，对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价。

然后，比较所述第一总代价与所述第二总代价的大小，若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点。若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

可以理解的是，当所述第一总代价大于所述第二总代价时，需要进一步记录候选中间点的名义父节点为候选中间点的原始父节点的名义父节点，这样，当进行搜索路径回溯时，根据该候选中间点以及记录的该候选中间点的名义父节点，可以直接回溯到该候选中间点的名义父节点，即该候选中间点的原始父节点的名义父节点，而不需要先回溯到其原始父节点，然后再回溯到名义父节点。因此，对于每个候选中间点，包括任务目标点，不仅可以从自身的原始父节点到达，也可以从原始父节点的名义父节点直接到达。

举例说明，获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价的方法可以包括：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f,p_c)+h(p_c)

该公式中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价。

该公式中，g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价。

该公式中，C(p_f,p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价。

该公式中，h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。这里，由于该候选中间点到任务目标点之间的路径还没有发生，因此本发明实施例中称为估计代价。

举例说明，本发明实施例中，可以利用如下公式获得任意两点间的实际代价：

该公式中，k表示空间机械臂的自由度。

该公式中，p₁、p₂表示任意两点，如任务起始点、若干候选中间点和任务目标点中的任意两点。

该公式中，i表示空间机械臂的关节编号。

该公式中，q_2,1表示在第二个点上空间机械臂的第i个关节的角度。

该公式中，q_1,i表示在第一个点上空间机械臂的第i个关节的角度。

可以理解的是，[q_1,i,q_1,2,…,q_1,k]表示点p₁到点p₂的直线路径规划中的空间机械臂的起始构型。[q_2,i,q_2,2,…,q_2,k]表示点p₁到点p₂的直线路径规划中的空间机械臂的终点构型。

在一个具体的实现过程中，所述任务规划器在获取到最后一轮的M个候选中间点，并对该最后一轮的M个候选中间点进行筛选，确定所述任务目标点为当前总代价f(p_c)最小的点，以及获取到任务目标点的名义父节点之后，就可以停止上述循环获取M个候选中间点的过程。然后，从所述任务目标点开始，进行搜索路径回溯，获取任务目标点的名义父节点(是某候选中间点)，以及任务目标点的名义父节点的名义父节点，以此类推，直到回溯到某候选中间点的名义父节点是任务起始点时为止，这样，就可以在搜索路径回溯后，获取到任务起始点与任务目标点之间的至少一个候选中间点，以作为本发明实施例中所述至少一个任务中间点。

实施例三

基于上述实施例一所提供的空间机械臂的任务规划方法，本实施例给出一种具体实施方式。请参考图2，其为利用本发明实施例提供的空间机械臂的任务规划方法的实施例的流程示例图，如图所示，本实施例可以包括以下步骤：

S201，获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法。

S202，建立两个数据表Open List和Close List。

S203，将任务起始点的名义父节点设置为自身，并将任务起始点加入Open List。

S204，判断Close List中是否包含目标任务点。如果包含，执行S212。如果不包含，执行S205。

S205，判断Open List是否为空。如果不为空，执行S206。如果为空，表示目标任务点不可达，结束流程。

S206，计算Open List中每个点的总代价f(p)，然后将其中总代价f(p)最小的点p_m放入Close List。

可以理解的是，在根据任务起始点第一次获取M个候选中间点时，点p_m是任务起始点。

S207，将总代价f(p)最小的点p_m作为当前点，并以当前点为基准，根据预设的搜索维度D、位置搜索步长Δl和姿态搜索步长Δθ，搜索当前点p_m周围的M个候选中间点，M个候选中间点形成集合R。

可以理解的是，对于每次获取的M个候选中间点，在经过筛选之后，都将剩余的候选中间点中总代价f(p)最小的候选中间点作为当前点，添加到Close List，并且该当前点还用以继续获取下一组M个候选中间点。

而且，任务目标点将会是所在集合中总代价f(p)最小的点，因此会将任务目标点放入Close List，从而在下一次判断Close List是否包含任务目标点时，将会发现CloseList中包含任务目标点，则停止循环获取过程，并执行从任务目标点开始的搜索路径回溯过程，完成获取所需要的任务中间点流程。

S208，删除集合R中属于Close List的候选中间点。

S209，计算集合R中每个候选中间点的总代价f(p)，并在计算过程中删除集合R中不满足约束条件的N个候选中间点，如此，集合R中剩余P个候选中间点。

S210，对于集合R中剩余P个候选中间点，获取并记录每个候选中间点的名义父节点。

S211，将集合R中剩余P个候选中间点加入Open List，然后执行S204。

S212，从所述任务目标点的名义父节点开始，根据每个候选中间点的名义父节点，进行搜索路径回溯，以获得至少一个任务中间点，结束流程。

实施例三

请参考图3，其为利用本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划方法的任务示例图，如图3所示，包括任务起始点、候选中间点1～5和任务目标点。其中，候选中间点1～5中的候选中间点2～4为最终获取的任务中间点。阴影部分为空间机械臂从任务起始点到达任务目标点时需要绕开的障碍物。

如果根据现有技术中的只能完成简单任务的任务规划方法，空间机械臂将无法实现在执行任务中绕开障碍物，即无法完成任务。如果利用本发明实施例所提供的技术方案，不仅可以规划出非直线路径，以保证空间机械臂能够完成任务，还可以降低任务代价，以最小代价完成指定任务。

如图3所示，在根据任务起始点获得包含候选中间点1的集合R之后，对于集合R中的候选中间点需要计算每个候选中间点的总代价f(p)，并在计算过程中删除违反约束条件的候选中间点，然后，获取并记录集合R中剩余的候选中间点的名义父节点，如候选中间点1的名义父节点为任务起始点。最后，将集合R中的候选中间点添加到Open List。

将集合R中总代价f(p)最小的候选中间点，如图3中的候选中间点1，作为当前点，以该当前点为基准，继续获取M个候选中间点，如包含图3中候选中间点2的M个候选中间点，构成集合S。对于集合S中的候选中间点需要计算每个候选中间点的总代价f(p)，并在计算过程中删除违反约束条件的候选中间点，然后，获取并记录集合S中剩余的候选中间点的名义父节点。如候选中间点2的原始父节点是候选中间点1，候选中间点1的名义父节点为任务起始点，根据这一内容计算候选中间点1到候选中间点2的第一总代价f(p)，以及计算任务起始点到候选中间点2的第二总代价f(p)′，将两个总代价进行比较，发现第一总代价f(p)大于第二总代价f(p)′，则候选中间点2将候选中间点1的名义父节点，即任务起始点，作为自身的名义父节点，并记录下候选中间点2的名义父节点是任务起始点，表示可以由任务起始点直到达候选中间点2，而不需要经过候选中间点1。如图3所示，任务起始点与候选中间点2之间的路径，小于任务起始点与候选中间点1之间的路径加上候选中间点1与候选中间点2之间的路径的和值。以此类推，利用上述方法，最终可以获取到任务中间点，即候选中间点2～4。

需要说明的是，如图3所示，在获取候选中间点3的名义父节点时，在任务起始点到候选中间点3之间的路径规划过程中，任务起始点与候选中间点3之间的直线路径将会碰到障碍物，因此违反了约束条件，所以候选中间点2是候选中间点3的名义父节点，需要经过候选中间点的2到达候选中间点3。

本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中各步骤及方法的装置实施例。

请参考图4，其为本发明实施例所提供的空间机械臂的任务规划系统的结构示意图。如图所示，该系统包括：

信息输入单元40，用于获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

中间点获取单元41，用于根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

任务规划单元42，用于根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

优选的，所述中间点获取单元41，具体用于：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点。

优选的，所述中间点获取单元41用于根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点时，具体用于：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

优选的，所述中间点获取单元41用于利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点时，具体用于：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

优选的，所述中间点获取单元41用于获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点时，具体用于：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

优选的，所述中间点获取单元41用于获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价时，具体用于：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f,p_c)+h(p_c)

其中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价；g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价；C(p_f,p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价；h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。

本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例中，通过获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；从而，根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；进而，根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划。

根据本发明实施例提供的技术方案，可以获取到任务起始点与任务目标点之间的非直线路径上的任务中间点，从而能够利用任务中间点完成复杂任务的规划，从而能够解决现有技术中只能对简单的任务进行任务规划的问题，能够满足复杂的在轨任务需求，保护宇航员的生命安全，提高作业效率。

另外，本发明实施例中，通过对候选中间点的总代价的计算和比较，能够获取到到达候选中间点且满足约束条件的最短路径，从而在保证空间机械臂能够完成复杂任务的前提下，还可以降低任务的执行代价，使空间机械臂能够以最小代价完成指定任务，能够延长空间机械臂的使用寿命，降低空间机械臂的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种空间机械臂的任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：

获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划；

其中；所述根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点，包括：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点；

其中，所述获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点，包括：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，包括：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点，包括：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价，包括：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f，p_c)+h(p_c)

其中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价；g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价；C(p_f，p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价；h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。

5.一种空间机械臂的任务规划系统，其特征在于，所述系统包括：

信息输入单元，用于获取任务起始点、任务目标点、约束条件和路径规划算法；

中间点获取单元，用于根据所述任务起始点、所述任务目标点、所述约束条件和所述路径规划算法，获取所述任务起始点与所述任务目标点之间的非直线路径上的至少一个任务中间点；

任务规划单元，用于根据所述任务起始点、任务目标点和所述至少一个任务中间点，完成空间机械臂的任务规划；

其中，所述中间点获取单元，具体用于：

根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点，直到获取到的M个候选中间点中包含所述任务目标点以及利用所述任务目标点又获取到M个候选中间点时为止；

利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点；以及，获得并记录所述P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点；

从所述任务目标点开始，根据所述任务目标点的名义父节点以及每个候选中间点的名义父节点进行搜索路径回溯，以获得所述至少一个任务中间点；

其中，所述中间点获取单元用于获得P个候选中间点中每个候选中间点的名义父节点时，具体用于：

对于每次获得的P个候选中间点中的每个候选中间点，获得该候选中间点的原始父节点到该候选中间点的第一总代价，以及，该候选中间点的原始父节点的名义父节点到该候选中间点的第二总代价；

若所述第一总代价大于或者等于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点的名义父节点作为该候选中间点的名义父节点；

若所述第一总代价小于所述第二总代价，将该候选中间点的原始父节点作为该候选中间点的名义父节点。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中间点获取单元用于根据所述任务起始点，循环获取M个候选中间点时，具体用于：

对于上一次获取的M个候选中间点经过筛选后得到的P个候选中间点，获取所述P个候选中间点中每个候选中间点的总代价；

获取所述P个候选中间点中总代价最小的候选中间点；

根据所述总代价最小的候选中间点、预设的搜索维度、位置搜索步长和姿态搜索步长，获取M个候选中间点。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中间点获取单元用于利用所述路径规划算法和所述约束条件，对每次获取的所述M个候选中间点进行筛选，以获得P个候选中间点时，具体用于：

在根据所述路径规划算法计算所述M个候选中间点中每个候选中间点的总代价的过程中，根据所述约束条件，筛除所述M个候选中间点中不满足所述约束条件的N个候选中间点，以获得P个候选中间点。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中间点获取单元用于获取P个候选中间点中每个候选中间点的总代价时，具体用于：

利用如下公式获得每个候选中间点的总代价：

f(p_c)＝g(p_f)+C(p_f，p_c)+h(p_c)

其中，f(p_c)表示候选中间点p_c的总代价；g(p_f)表示任务起始点到候选中间点p_c的名义父节点p_f的实际代价；C(p_f，p_c)表示候选中间点p_c的名义父节点p_f到候选中间点p_c的实际代价；h(p_c)表示候选中间点到任务目标点的估计代价。