CN111546378A - 一种空间机械臂快速碰撞检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种空间机械臂快速碰撞检测方法。所述方法为采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体和胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和转换；当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测；当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，进行全部部件检测。本发明根据不同的任务需求采取不同的碰撞策略，节省不必要的时间。本发明能够满足实时性30ms的要求，是对球体包围盒的快速碰撞检测算法的改进。
Description
技术领域
本发明涉及机械臂遥操作技术领域，是一种空间机械臂快速碰撞检测方法。
背景技术
空间机械臂在人类的太空探索中发挥着越来越重要的角色。在复杂的空间环境下，空间机械臂投入使用不仅可以有效地减小宇航员面临的风险，使其避免在极端温度以及高辐射环境下执行外空间任务，而且提高了外太空任务执行的效率。空间站机械臂系统由核心舱机械臂和实验舱机械臂构成。其中实验舱机械臂主要完成空间站维护维修、辅助运营管理和支持EVA等任务。
在遥操作领域下，空间机械臂快速碰撞检测对于保证空间站和机械臂正常有序工作起到了十分关键的作用。为了保证空间站以及实验舱机械臂工作安全，根据中央控制器的碰撞检测模块，实现防止实验舱机械臂运动过程中与空间站本体、核心舱机械臂等发生碰撞的目标。
本文将针对根据空间站机械臂任务仿真对于碰撞检测的具体需求，研究最适合的碰撞检测方法，实现空间站机械臂任务仿真中的碰撞检测。其中，包围盒碰撞检测是应用最广泛的碰撞检测算法，它通过检测物体周围的边界框是否重叠来判断两者是否碰撞，具有快速的优点。因为如果被检测的两个物体的边界框不重叠，那么这两个物体也必没有碰撞。因此，包围盒碰撞检测可以用作空间站机械臂快速碰撞检测方法的检测对象。
目前针对空间机械臂的快速碰撞方法有球体、K-DOP、OBB以及AABB等方法。AABB包围盒紧密性差，无法旋转。OBB包围盒，尽管能对物体紧密包围，但增加了相交测试的时间，与快速碰撞要求不符。K-DOP需要进行额外计算以确定如何选取包夹平面。因此采用相对简单且旋转时不需更新的球体包围盒作为空间机械臂的快速碰撞的基础方法。但针对空间机械臂嵌入式系统的在轨有限资源约束与实时性要求，单纯采用球体包围盒对机械臂和空间站本体进行碰撞检测不能满足要求。
发明内容
本发明为解决单纯采用球体包围盒对机械臂和空间站本体进行碰撞检测不能满足要求的问题，本发明提供了一种空间机械臂快速碰撞检测方法，本发明提供了以下技术方案：
一种空间机械臂快速碰撞检测方法，包括以下步骤：
步骤1：采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体和胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和转换；
步骤2：当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
步骤3：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测；
步骤4：当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，进行全部部件检测。
优选地，所述步骤1具体为：
采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体与胶囊体包围盒的模型包络，将所述机械臂的各部件进行包络后采集每个球体的球心坐标和半径大小，并转换在同一坐标系下，确定实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度，根据实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度判断空间站太阳翼帆板是否转动。
优选地，其特征是：在空间站运行过程中，对碰撞检测模型进行更新，主要包括以下类型：
当空间站构型发生改变时，将描述空间站碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；地面机器人获得不同空间站构型下的模型数据；若构型发生改变，地面机器人重新生成空间站碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当暴露平台的构型发生改变时，将描述暴露平台碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码，当构型发生改变，给出暴露平台相对之前位置的变换，又已知暴露平台相对空间站坐标系的变换，计算得出新位置的模型数据，地面机器人重新生成暴露平台碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，通过下式表示碰撞模型数据：
T0＝T1×T2
其中，T0为碰撞后暴露平台相对空间站坐标系的变换，T1为暴露平台相对空间站坐标系的变换，T2为暴露平台碰撞前坐标系的变换；
当末端载荷尺寸发生改变时，将描述末端载荷碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；当末端载荷尺寸发生改变时，确定末端载荷在小臂运动学坐标系下的坐标以及尺寸的变化，计算更新得出末端模型数据，地面机器人生成末端载荷碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当空间站上增加大型舱体或载荷时将预留的描述新增碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，判断是否添加新模型以及添加的模型数量，地面机器人生成新增碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，在模型数据转换过程以及碰撞测试过程时进行判断。
优选地，所述步骤2具体为：
当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
根据空间机械臂任务的需要，给定空间机械臂各杆件长度、各关节关节角度、末端负载状态、基座适配器编号和肩部适配器编号信息，为空间机械臂实现快速自碰撞检测做准备，根据空间机械臂各关节角度进行正运动学变换，得到实验舱机械臂新的位姿，并以球体和胶囊体的模型数据更新，检测到碰撞后根据球体和胶囊体包络算法计算实验舱机械臂自身部件之间的最短距离，以及距离最短的部件编号。
优选地，当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测，基座位置在舱体上，由于基座固定，预先设置不同基座处与实验舱机械臂发生碰撞检测的舱体和太阳翼，当在轨任务时，对发生碰撞的太空舱进行检测，检测到碰撞后根据包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与除实验舱机械臂外分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。
本发明具有以下有益效果：
本发明在球体包围盒碰撞检测的基础上进行了改进，提出了基于球体与胶囊体包围盒结合的空间机械臂快速碰撞检测方法，该方法能够保证在有限资源下针对空间机械臂嵌入式系统能够实时有效碰撞检测，并且极大地缩短检测时间。实际在对空间机械臂操作时，根据不同的任务需求采取不同的碰撞策略，当实验舱机械臂自身碰撞检测时，进行正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；当实验舱机械臂单独运动时，预先设定可能碰撞部件进行检测，节省不必要的时间；当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联时，需全部检测。本发明能够满足实时性30ms的要求，是对球体包围盒的快速碰撞检测算法的改进。
附图说明
图1为空间机械臂快速碰撞检测方法流程图；
图2为实验舱机械臂球与胶囊包络图；
图3为空间站本体球与胶囊包络图；
图4为点到点最近位置示意图；
图5为点到线段最近位置示意图，图5-(a)为靠近端点A且位于AB外部，图5-(b)为位于AB内部，图5-(c)为靠近端点B且位于AB外部；
图6为两线段最近位置示意图，图6-(a)为两线段内部，图6-(b)为线段内部一点，图6-(c)为线段另一线段的端点，图6-(d)为两线段端点。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1所示，本发明提供一种空间机械臂快速碰撞检测方法，
一种空间机械臂快速碰撞检测方法，所述方法基于Web平台，以three.js三维工具包为基础，包括以下步骤：
步骤1：采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体和胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和转换；
采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体与胶囊体包围盒的模型包络，将所述机械臂的各部件进行包络后采集每个球体的球心坐标和半径大小，并转换在同一坐标系下，确定实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度，根据实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度判断空间站太阳翼帆板是否转动。
在空间站运行过程中，对碰撞检测模型进行更新，主要包括以下类型：
当空间站构型发生改变时，将描述空间站碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；地面机器人获得不同空间站构型下的模型数据；若构型发生改变，地面机器人重新生成空间站碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当暴露平台的构型发生改变时，将描述暴露平台碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码，当构型发生改变，给出暴露平台相对之前位置的变换，又已知暴露平台相对空间站坐标系的变换，计算得出新位置的模型数据，地面机器人重新生成暴露平台碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，通过下式表示碰撞模型数据：
T0＝T1×T2
其中，T0为碰撞后暴露平台相对空间站坐标系的变换，T1为暴露平台相对空间站坐标系的变换，T2为暴露平台碰撞前坐标系的变换；
当末端载荷尺寸发生改变时，将描述末端载荷碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；当末端载荷尺寸发生改变时，确定末端载荷在小臂运动学坐标系下的坐标以及尺寸的变化，计算更新得出末端模型数据，地面机器人生成末端载荷碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当空间站上增加大型舱体或载荷时将预留的描述新增碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，判断是否添加新模型以及添加的模型数量，地面机器人生成新增碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，在模型数据转换过程以及碰撞测试过程时进行判断。
步骤2：当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
根据空间机械臂任务的需要，给定空间机械臂各杆件长度、各关节关节角度、末端负载状态、基座适配器编号、肩部适配器编号信息，为空间机械臂实现快速自碰撞检测做准备，根据空间机械臂各关节角度进行正运动学变换，得到实验舱机械臂新的位姿，并以球体和胶囊体的模型数据更新，检测到碰撞后根据球体和胶囊体包络算法计算实验舱机械臂自身部件之间的最短距离，以及距离最短的部件编号。
步骤3：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测；
步骤4：当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，进行全部部件检测。
当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测，基座位置在舱体上，由于基座固定，预先设置不同基座处与实验舱机械臂发生碰撞检测的舱体和太阳翼，当在轨任务时，对发生碰撞的太空舱进行检测，检测到碰撞后根据包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与除实验舱机械臂外分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。
具体实施例二：
本实施方法所述的是在有限资源下针对空间机器人嵌入式系统的基于球体与胶囊体包围盒的空间机械臂快速碰撞检测方法。空间机械臂快速碰撞检测方法能够保证空间机械臂实现实时快速碰撞检测的要求。基于实时性约束以及精度要求，采用球体与胶囊体对小臂和空间站模型进行包围体建模。利用实时规划的小臂期望角度，更新小臂的球/胶囊体模型，与空间站的球/胶囊体模型进行最短距离计算，通过与安全阈值比较，判断是否安全和危险。包括如下步骤：
步骤1、采用球体与胶囊体包围盒技术对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体与胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和实时更新，如图2、3所示。图2中标号代表球体包络模型和胶囊体包络模型，标号7和12为胶囊体包络模型，其余所有标号为球体包络模型；图3中标号代表球体包络模型和胶囊体包络模型，标号10和11为球体包络模型，其余所有标号为胶囊体包络模型。
球体是一类比较常用的包围体。球体具备快速相交测试的这一特征，同时，球体基本不受旋转变换的影响，只需简单地平移至一个新位置。球体按照球心和半径的方式加以定义。
胶囊体是球体的一种变化形式，可看成半径为R的球体沿AB线段扫掠，形成最终包围体-胶囊体。胶囊体同样按照球心和半径的方式加以定义。
将各部件进行包络后采集每个球体的球心坐标和半径大小，并转换在同一坐标系下，给出实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度，判断空间站太阳翼帆板是否转动。根据任务要求判断模型是否发生改变，若无改变即可进行下一步，若有改变则需重构包络模型。
在空间站运行过程中，环境模型可能发生变化，因此需要对碰撞检测模型进行更新。主要包括以下类型：
空间站构型发生改变：描述空间站碰撞检测模型的数据存储在指定区域，C语言程序代码运行时就会调用。地面机器人任务专家需要得知不同空间站构型下的模型数据。若构型发生改变，地面机器人任务专家重新生成空间站碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新该区域数据即可，无需更新C语言程序代码，在C语言程序代码运行时就会调用新的模型数据。
暴露平台的构型发生改变：描述暴露平台碰撞检测模型的数据存储在指定区域，C语言程序代码运行时就会调用。若构型发生改变，给出暴露平台相对之前位置的变换，又已知暴露平台相对空间站坐标系的变换，计算得出新位置的模型数据，地面机器人任务专家重新生成暴露平台碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新该区域数据即可更新，无需更新C语言程序代码，在C语言程序代码运行时就会调用新的模型数据。其公式定义为：
T0＝T1×T2
其中：T0为新的暴露平台相对空间站坐标系的变换，T1为之前暴露平台相对空间站坐标系的变换，T2为暴露平台相对之前位置的变换。
末端载荷尺寸发生改变：描述末端载荷碰撞检测模型的数据存储在指定区域，C语言程序代码运行时就会调用。若末端载荷尺寸发生改变，给出末端载荷在小臂运动学坐标系下的坐标以及尺寸的变化，计算更新得出新的模型数据，地面机器人任务专家重新生成末端载荷碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新该区域数据即可更新，无需更新C语言程序代码，在C语言程序代码运行时就会调用新的模型数据。
空间站上增加大型舱体或载荷情况：利用预留的描述新增碰撞检测模型的数据存储在指定区域，判断是否添加新模型以及添加的模型数量，地面机器人任务专家生成新增碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新该区域数据即可更新，无需更新C语言程序代码，C语言程序代码中在模型数据转换过程以及碰撞测试过程时都进行判断。
步骤2、当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数下述蓝色部分为所需参数的具体说明，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿。
根据空间机械臂实际任务的需要，给出空间机械臂各杆件长度、各关节关节角度、末端负载状态、基座适配器编号、肩部适配器编号等信息，为空间机械臂实现快速自碰撞检测做准备。根据各关节角度，在进行了正运动学变换后，得到实验舱机械臂新的位姿，并以球体和胶囊体的模型数据更新，检测到碰撞后根据球体和胶囊体包络算法，计算实验舱机械臂自身部件之间的最短距离，以及距离最短的部件编号。
步骤3、当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测。在此种情况下，基座位置在舱体上，由于其基座固定，可预先设置不同基座处可能与实验舱机械臂发生碰撞检测的舱体和太阳翼，然后在轨任务时，仅对相应的可能发生碰撞的太空舱进行检测即可。检测到碰撞后根据对应包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与其他分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。
步骤4、当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，工作空间很大，空间站全部位置都可能碰撞到，因此全部部件检测。检测到碰撞后根据对应包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与其他分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。
结合图4所示，球体与球体的相交测试可转化为求球心A与球心B的之间的距离。若其距离的平方大于二者半径和的平方，则不会发生碰撞，否则发生碰撞。
结合图5所示，球体与胶囊体的相交测试可转化为求球心C与胶囊体的轴线AB之间的最近距离。若其距离大于二者半径和，则不会发生碰撞，否则发生碰撞。令AB为两端点A、B定义的线段，给定任意一点C，将点C投影到AB的延长线上。
如果投影点位于线段内，则点P为所求；
如果点P位于线段外部，则线段上的近C端点为最近点。
一点C与线段AB之间的(平方)距离可以直接获取，无须显示计算线段AB上距离C的最近点。需要考查3种情形：
当AC·AB≤0时，如图5(a)，点A为距C最近点且平方距离为AC·AC；
当AC·AB≥AB·AB时，如图5(c)，点B为距C最近点且平方距离为BC·BC；
当0＜AC·AB＜AB·AB时，如图5(b)，P为距C最近点且平方距离为CP·CP；
其中，
然而，由于CP·CP可简化为：
则P点无须计算。
结合图6所示，胶囊体与胶囊体的相交测试可转化为求胶囊体与胶囊体的两轴线之间的最近距离。若其距离大于二者半径和，则不会发生碰撞，否则发生碰撞。
若直线L1与L2最近点恰好位于两线段P1Q1和P2Q2内部，则可直接利用两直线最近点算法求解，如图6(a)。
若某一最近点位于相关线段的外部延长线上，该点是可以截取至相应线段的最近端点处的，如图6(b)。计算P2Q2上距离Q1最近点R且该点位于线段P2Q2上，最近点为Q1和R。
若直线间最近点皆位于各自线段的外部延长线上，则上述截取操作需要重复计算2次，如图6(c)。线段P1Q1上最近点截取为线段P1Q1的Q1，计算P2Q2上距Q1最近点R。由于R位于线段S2的外部延长线上，将其截取为线段的最近端点Q2；再次计算P1Q1上距Q2最近点S且该点位于线段P1Q1上，则线段间的最近点为Q2和S，二者进行比较，得出最近距离。
具体计算如下：
给定直线L2上一点S2(t)＝P2+td2，则L1上最近点L1(s)为
s＝(S2(t)-P1)·d1/d1·d1＝(P2+td2-P1)·d1/d1·d1
类似地，给定直线L1上一点S1(s)＝P1+sd1，则L2上最近点L2(t)为
t＝(S1(s)-P2)·d2/d2·d2＝(P1+sd1-P2)·d2/d2·d2
采用高斯消元法求解2×2线性方程组，s、t表达式可简化为s＝(bt-c)/a
t＝(bs+f)/e
a＝d1·d1，b＝d1·d2，c＝d1·r，e＝d2·d2，f＝d2·r
以上所述仅是一种空间机械臂快速碰撞检测方法的优选实施方式，一种空间机械臂快速碰撞检测方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体和胶囊体包围盒的模型包络，并对包络模型进行数据采集和转换；
步骤2：当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
步骤3：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测；
步骤4：当实验舱机械臂与核心舱机械臂串联与空间站本体碰撞检测时，由于双臂串联，进行全部部件检测。
2.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：所述步骤1具体为：
采用球体与胶囊体包围盒方法对实验舱机械臂和空间站本体构型进行球体与胶囊体包围盒的模型包络，将所述机械臂的各部件进行包络后采集每个球体的球心坐标和半径大小，并转换在同一坐标系下，确定实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度，根据实验舱机械臂和核心舱机械臂关节角度判断空间站太阳翼帆板是否转动。
3.根据权利要求2所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：
在空间站运行过程中，对碰撞检测模型进行更新，主要包括以下类型：
当空间站构型发生改变时，将描述空间站碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；地面机器人获得不同空间站构型下的模型数据；若构型发生改变，地面机器人重新生成空间站碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当暴露平台的构型发生改变时，将描述暴露平台碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码，当构型发生改变，给出暴露平台相对之前位置的变换，又已知暴露平台相对空间站坐标系的变换，计算得出新位置的模型数据，地面机器人重新生成暴露平台碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，通过下式表示碰撞模型数据：
T0＝T1×T2
其中，T0为碰撞后暴露平台相对空间站坐标系的变换，T1为暴露平台相对空间站坐标系的变换，T2为暴露平台碰撞前坐标系的变换；
当末端载荷尺寸发生改变时，将描述末端载荷碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，调用C语言程序代码；当末端载荷尺寸发生改变时，确定末端载荷在小臂运动学坐标系下的坐标以及尺寸的变化，计算更新得出末端模型数据，地面机器人生成末端载荷碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据；
当空间站上增加大型舱体或载荷时将预留的描述新增碰撞检测模型的数据存储在数据存储区域，判断是否添加新模型以及添加的模型数量，地面机器人生成新增碰撞检测模型，通过地面上注方式，更新区域数据，在模型数据转换过程以及碰撞测试过程时进行判断。
4.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：所述步骤2具体为：
当实验舱机械臂自身碰撞检测时，给定空间机械臂所需各相关参数，正运动学变换，得到空间机械臂新的位姿；
根据空间机械臂任务的需要，给定空间机械臂各杆件长度、各关节关节角度、末端负载状态、基座适配器编号和肩部适配器编号信息，为空间机械臂实现快速自碰撞检测做准备，根据空间机械臂各关节角度进行正运动学变换，得到实验舱机械臂新的位姿，并以球体和胶囊体的模型数据更新，检测到碰撞后根据球体和胶囊体包络算法计算实验舱机械臂自身部件之间的最短距离，以及距离最短的部件编号。
5.根据权利要求1所述的一种空间机械臂快速碰撞检测方法，其特征是：当实验舱机械臂与空间站本体碰撞检测时，预先设定碰撞部件检测，基座位置在舱体上，由于基座固定，预先设置不同基座处与实验舱机械臂发生碰撞检测的舱体和太阳翼，当在轨任务时，对发生碰撞的太空舱进行检测，检测到碰撞后根据包络形式选择算法，计算实验舱机械臂与除实验舱机械臂外分系统之间的最短距离，以及返回距离最短的分系统编号。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112264991A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-26 | 北京控制工程研究所 | 一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法 |
| CN113334392A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-09-03 | 成都博恩思医学机器人有限公司 | 一种机械臂防碰撞方法、装置、机器人及存储介质 |
| CN113910300A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-11 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 一种机器人末端防撞方法 |
| WO2022160509A1 (zh) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司 | 一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法及装置 |
Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002008059A1 (en) * | 1998-12-04 | 2002-01-31 | Honeybee Robotics, Ltd. | Spacecraft capture and docking system |
| JP2008279524A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Ihi Corp | 複数ロボットの衝突検知方法及びロボット装置 |
| CN101844353A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-09-29 | 华中科技大学 | 机械臂/灵巧手系统遥操作任务规划和仿真方法 |
| CN104787360A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-07-22 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法 |
| CN105501466A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-20 | 上海卫星工程研究所 | 一种主从协同非接触式卫星平台及其控制系统和控制方法 |
| CN106516178A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-03-22 | 上海卫星工程研究所 | 一种串联模块组合式通用撞击器构型 |
| US20170239007A1 (en) * | 2012-06-21 | 2017-08-24 | Globus Medical, Inc. | Surgical robot platform |
| CN107116540A (zh) * | 2016-02-24 | 2017-09-01 | 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 | 一种基于scs包围结构的机器人碰撞检测方法 |
| CN107520844A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-29 | 西北工业大学 | 一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法 |
| CN107590046A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-16 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种遥感卫星载荷任务指令验证方法和系统 |
| CN107991902A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-04 | 北京空间技术研制试验中心 | 一种航天器的供电系统的建模及仿真方法 |
| CN108015767A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-11 | 北京邮电大学 | 一种空间机械臂应急操作方法 |
| CN108213757A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-06-29 | 华东理工大学 | 一种用于焊接机器人的碰撞检测方法 |
| US20190241286A1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-08 | Altius Space Machines Inc. | Robotic Capture Interface |
| CN110377047A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-25 | 上海航天控制技术研究所 | 一种双星卫星编队防碰撞方法 |
-
2020
- 2020-04-22 CN CN202010325643.9A patent/CN111546378B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002008059A1 (en) * | 1998-12-04 | 2002-01-31 | Honeybee Robotics, Ltd. | Spacecraft capture and docking system |
| JP2008279524A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Ihi Corp | 複数ロボットの衝突検知方法及びロボット装置 |
| CN101844353A (zh) * | 2010-04-14 | 2010-09-29 | 华中科技大学 | 机械臂/灵巧手系统遥操作任务规划和仿真方法 |
| US20170239007A1 (en) * | 2012-06-21 | 2017-08-24 | Globus Medical, Inc. | Surgical robot platform |
| CN104787360A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-07-22 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种基于轨迹保持需求的遥感卫星空间碎片规避机动方法 |
| CN105501466A (zh) * | 2015-11-30 | 2016-04-20 | 上海卫星工程研究所 | 一种主从协同非接触式卫星平台及其控制系统和控制方法 |
| CN107116540A (zh) * | 2016-02-24 | 2017-09-01 | 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司 | 一种基于scs包围结构的机器人碰撞检测方法 |
| CN106516178A (zh) * | 2016-11-17 | 2017-03-22 | 上海卫星工程研究所 | 一种串联模块组合式通用撞击器构型 |
| CN107590046A (zh) * | 2017-09-05 | 2018-01-16 | 北京空间飞行器总体设计部 | 一种遥感卫星载荷任务指令验证方法和系统 |
| CN107520844A (zh) * | 2017-09-21 | 2017-12-29 | 西北工业大学 | 一种空间机械臂抓捕非合作目标的多面体碰撞动力学分析方法 |
| CN108015767A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-05-11 | 北京邮电大学 | 一种空间机械臂应急操作方法 |
| CN107991902A (zh) * | 2017-12-07 | 2018-05-04 | 北京空间技术研制试验中心 | 一种航天器的供电系统的建模及仿真方法 |
| CN108213757A (zh) * | 2018-01-16 | 2018-06-29 | 华东理工大学 | 一种用于焊接机器人的碰撞检测方法 |
| US20190241286A1 (en) * | 2018-02-06 | 2019-08-08 | Altius Space Machines Inc. | Robotic Capture Interface |
| CN110377047A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-10-25 | 上海航天控制技术研究所 | 一种双星卫星编队防碰撞方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| YUQUAN LENG;YANG ZHANG;WEI ZHANG;XU HE;WEIJIA ZHOU: "Attitude analysis of reachable space for spatial manipulator", 《THE 27TH CHINESE CONTROL AND DECISION CONFERENCE (2015 CCDC)》 * |
| 张呈昆: "空间6R机器人系统容错规划与实验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 王岩: "基于虚拟现实的空间站机械臂任务仿真研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 * |
| 王新达等: "一种多关节机械臂运动过程中的碰撞检测方法", 《科学技术与工程》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112264991A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-26 | 北京控制工程研究所 | 一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法 |
| CN112264991B (zh) * | 2020-09-09 | 2022-06-03 | 北京控制工程研究所 | 一种适用于空间机械臂的分层次快速在轨碰撞检测方法 |
| WO2022160509A1 (zh) * | 2021-01-27 | 2022-08-04 | 哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司 | 一种腹腔镜微创手术机器人的碰撞检测方法及装置 |
| CN113334392A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-09-03 | 成都博恩思医学机器人有限公司 | 一种机械臂防碰撞方法、装置、机器人及存储介质 |
| CN113910300A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-01-11 | 苏州灵猴机器人有限公司 | 一种机器人末端防撞方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111546378B (zh) | 2022-05-17 |
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