CN112589805A - 一种空间环境下动态路径演示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间环境下动态路径演示方法，涉及动态路径演示技术领域，包括以下步骤：预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径。本发明实现对于复杂环境具有良好的鲁棒性，运行效率可靠，使用于精度较高的自动化装配任务，获取最佳运动路径信息，应用范围广。

Description

一种空间环境下动态路径演示方法

技术领域

本发明涉及动态路径演示技术领域，具体来说，涉及一种空间环境下动态路径演示方法。

背景技术

小卫星中单体设备的安装是其总装过程的重要部分。由于小卫星内部结构复杂、布线空间狭窄、零部件数目多，主要设备一般重量在十几公斤及以上，目前其装配方式以手工作业为主。手工装配要求装配人员在托举重物的同时，还要保持设备与卫星本体的相对定位精度，给装配人员的操作带来了极大的困难，也影响了卫星总装的装配效率，严重时还可能会损坏卫星或造成操作人员受伤。同时，对于小卫星，每个型号卫星的内部结构都不相同，且布线复杂，因此很难保证操作对象的一致性。为了提高小卫星总装效率，有必要开发小卫星智能装配系统，以工业机器人为平台，通过基于小卫星数字化模型的机器人离线编程，并结合机器视觉的实时反馈，实现可以适应不同型号小卫星的单机设备自动化装配，并确保不会发生部件与卫星的碰撞。

卫星的零部件装配都是在狭小空间中进行，装配过程存在视野受限、目标位置受遮挡等问题，装配空间因任务而异，具有复杂、非结构性的特点。因此，小卫星智能装配系统的首要任务是对卫星装配过程的不确定环境进行精确测量，主要是对障碍识别和检测。由于固定设备及本体安装前后在空间数据库中都有呈现，机器手及抓取的设备可以通过建模完成避障计算，所以有可能出现障碍的就是空间内固定的线缆。

目前，机械臂避障方法主要基于视觉信息实现障碍物的检测与定位，在此基础上完成机械臂路径规划。但是，由于摄像头视角、机械臂遮挡等因素导致障碍物的定位精度低、误差大，大大增加了发生碰撞的风险，尤其是在目标空间的结构具有不确定性和复杂性的情况下。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种空间环境下动态路径演示方法，通过预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种空间环境下动态路径演示方法，包括以下步骤：

步骤S1、预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；

步骤S2、确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；

步骤S3、对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；

步骤S4、获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径。

进一步的，步骤所述规划物体进行运动，包括对规划物体进行移动运动和旋转运动。

进一步的，所述规划物体进行运动进一步包括，三维空间中的表达矩阵，用于控制三维物体在求解空间中进行运动模拟，其移动矩阵和旋转矩阵分别为4×4齐次矩阵。

进一步的，所述表达矩阵，表示为：

其中，a,b,c表示x轴旋转后的基，d,e,f表示y轴旋转后的基，g,h,i表示z轴旋转后的基，j,k,l表示沿着x,y,z移动的值，m,n,o无实际意义，p表示模型显示的比例。

进一步的，包括规划物体绕三维空间x，y，z轴旋转的矩阵，表示为为R_x,R_y,R_z：

进一步的，所述规划物体路径进行分析，包括以下步骤：

循环指定运动路径n次；

判断指定运动路径是否发生碰撞，其中若发生碰撞则对该运动路径进行惩罚，并随机概率移动运动件，重复该指定运动路径；

判断指定物体路径是否到达末态位姿，其中若到达末态位姿，则对该运动路径一系列运动进行奖励；

获取该运动路径最大奖励值作为最优路径。

进一步的，包括将运动求解的三维空间进行单元划分，对于交集部分在进行物体空间单元划分，同一空间单元被两个运动件单元占用，则说明该运动件间存在碰撞。

本发明的有益效果：

本发明空间环境下动态路径演示方法，通过预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径，实现对于复杂环境具有良好的鲁棒性，运行效率可靠，使用于精度较高的自动化装配任务，获取最佳运动路径信息，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种空间环境下动态路径演示方法的流程示意图；

图2是根据本发明实施例的一种空间环境下动态路径演示方法的流程判定示意图；

图3是根据本发明实施例的一种空间环境下动态路径演示方法的装配空间示意图；

图4是根据本发明实施例的一种空间环境下动态路径演示方法的初始化位姿示意图；

图5是根据本发明实施例的一种空间环境下动态路径演示方法的规划路径示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明的实施例，提供了一种空间环境下动态路径演示方法。

如图1-图2所示，根据本发明实施例的空间环境下动态路径演示方法，包括以下步骤：

步骤S1、预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；

步骤S2、确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；

步骤S3、对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；

步骤S4、获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径。

其中，步骤所述规划物体进行运动，包括对规划物体进行移动运动和旋转运动。

其中，所述规划物体进行运动进一步包括，三维空间中的表达矩阵，用于控制三维物体在求解空间中进行运动模拟，其移动矩阵和旋转矩阵分别为4×4齐次矩阵。

其中，所述表达矩阵，表示为：

其中，a,b,c表示x轴旋转后的基，d,e,f表示y轴旋转后的基，g,h,i表示z轴旋转后的基，j,k,l表示沿着x,y,z移动的值，m,n,o无实际意义，p表示模型显示的比例。

其中，包括规划物体绕三维空间x，y，z轴旋转的矩阵，表示为为R_x,R_y,R_z：

其中，所述规划物体路径进行分析，包括以下步骤：

循环指定运动路径n次；

判断指定运动路径是否发生碰撞，其中若发生碰撞则对该运动路径进行惩罚，并随机概率移动运动件，重复该指定运动路径；

判断指定物体路径是否到达末态位姿，其中若到达末态位姿，则对该运动路径一系列运动进行奖励；

获取该运动路径最大奖励值作为最优路径。

其中，包括将运动求解的三维空间进行单元划分，对于交集部分在进行物体空间单元划分，同一空间单元被两个运动件单元占用，则说明该运动件间存在碰撞。

借助于上述方案，通过预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径，实现对于复杂环境具有良好的鲁棒性，运行效率可靠，使用于精度较高的自动化装配任务，获取最佳运动路径信息，应用范围广。

另外，具体的，如图3-图5所示，在一个实施例中，其规划卫星模块的安装，从物料板到装配状态下的三维路径，同时该路径不能与其他物体发生碰撞，由物料板1、机械手臂2、待装配卫星模块3、卫星外壳4和障碍物体5组成。

当提取完装配体信息，零件的安装次序，零件之间的配合信息，零部件的终点位姿姿态，通过程序自动新建一个装配体进行路径规划模拟，按次序插入物料板1、机械手臂2、卫星外壳4和待装配卫星模块3，利几何约束关系，初始化待规划路径的卫星模块的起始位姿。

本实施例中的采用包围核法，单元分割法对物体间碰撞进行检测，当运动件在运动过程与环境中的其他物体发生碰撞时，系统会检测到是否发生碰撞，从而对该步运动进行惩罚，重新寻求路径。智能体即运动件在环境中进行路径探索和尝试，经过反复迭代，智能体将学会如何运动的策略并实现运动模拟，最终规划出一条路径较优且无干涉碰撞的三维路径。

具体的，本实施例中，实现对于复杂环境具有良好的鲁棒性，运行效率可靠，使用于精度较高的自动化装配任务，获取最佳运动路径信息。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径，实现对于复杂环境具有良好的鲁棒性，运行效率可靠，使用于精度较高的自动化装配任务，获取最佳运动路径信息，应用范围广。

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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，包括以下步骤：

预先获取规划物体参数信息并基于三维软件进行建模，其中包括标定规划空间的几何坐标和标定运动规划的运算空间；

确定规划路径几何体的起始位姿和末态位姿；

对规划物体进行运动，且对运动过程进行碰撞检测，其中包括规划物体路径进行分析；

获取规划物体从起始位姿到末态位姿的不发生碰撞的运动路径。

2.根据权利要求1所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，步骤所述规划物体进行运动，包括对规划物体进行移动运动和旋转运动。

3.根据权利要求2所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，所述规划物体进行运动进一步包括，三维空间中的表达矩阵，用于控制三维物体在求解空间中进行运动模拟，其移动矩阵和旋转矩阵分别为4×4齐次矩阵。

4.根据权利要求3所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，进一步的，所述表达矩阵，表示为：

其中，a,b,c表示x轴旋转后的基，d,e,f表示y轴旋转后的基，g,h,i表示z轴旋转后的基，j,k,l表示沿着x,y,z移动的值，m,n,o无实际意义，p表示模型显示的比例。

5.根据权利要求4所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，进一步包括规划物体绕三维空间x，y，z轴旋转的矩阵，表示为为R_x,R_y,R_z：

6.根据权利要求1所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，所述规划物体路径进行分析，包括以下步骤：

循环指定运动路径n次；

判断指定运动路径是否发生碰撞，其中若发生碰撞则对该运动路径进行惩罚，并随机概率移动运动件，重复该指定运动路径；

判断指定物体路径是否到达末态位姿，其中若到达末态位姿，则对该运动路径一系列运动进行奖励；

获取该运动路径最大奖励值作为最优路径。

7.根据权利要求6所述的空间环境下动态路径演示方法，其特征在于，进一步包括将运动求解的三维空间进行单元划分，对于交集部分在进行物体空间单元划分，同一空间单元被两个运动件单元占用，则说明该运动件间存在碰撞。

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