机器人航天员双臂操作仿真系统的研究与实现

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1、第２３卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．２２０１７年４月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｐｒ．２０１７机器人航天员双臂操作仿真系统的研究与实现熊明华，张晓东，肖涛，王耀兵（空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部，北京１０００９４）摘要：针对机器人航天员复杂操作场景下的任务规划和仿真验证问题，基于仿真模块集成化的设计思想，集成通信模块、任务调度管理模块、路径规划模块、力控制模块、碰撞检测模块、双臂３Ｄ几何模型，通过ＯＳＧ建立了实体模型及仿真场景，并建立插拔、抓握、对准、旋拧

2、、搬运、转移等典型操作库，实现了机器人航天员双臂多种复杂操作任务的仿真。最后，通过机器人航天员搬运物体任务仿真实现双臂协调操作任务规划的仿真，验证了该系统的有效性和任务规划验证的合理性。关键词：双臂机器人；路径规划；碰撞检测；一体化仿真中图分类号：ＴＰ２４２.３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１７）０２⁃０１５０⁃０６ＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＲｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍｆｏｒＲｏｂｏｎａｕｔＤｕａｌ⁃ａｒｍＭａｎｉpｕｌａｔｉｏｎＸＩＯＮＧＭ

3、ｉｎｇｈｕａ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｄｏｎｇ，ＸＩＡＯＴａｏ，ＷＡＮＧＹａｏｂｉｎｇ（ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣＡＳＴ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｏｒｄｕａｌ⁃ａｒｍｒｏｂｏｎａｕｔｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｔｈｅ

4、ｐａｐｅｒｔｏｄｅａｌｗｉｔｈｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｓｃｅｎａｒｉｏｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｕ⁃ｌａｒｄｅｓｉｇｎｃｏｎｃｅｐｔ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ｔａｓｋｓｃｈｅｄｕ⁃ｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｕｌｅ，ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｕｌｅ，３Ｄｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌ

5、ａｎｄｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｃｅｎａｒｉｏｓｗｅｒｅｃｒｅａｔｅｄｂｙＯＳＧ（ＯｐｅｎＳｃｅｎｅＧｒａｐｈ）．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｕａｌ⁃ａｒｍｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗｅｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏａｓｅｒｉｅｓｏｆｂａｓｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｐｌｕｇ，ｇｒａｓｐ，ｓｃｒｅｗ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｍｉｓｓｉｏｎｗａｓｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔ

6、ｈｅｓｐｅｃｉａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂａｓｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｄｕａｌ⁃ａｒｍｒｏｂｏｔｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｔｈｅｍｉｓｓｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇｏｂｊｅｃｔｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ⁃ｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｍｉｓｓｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｕａｌ⁃ａｒｍｒｏｂｏｔ；ｐａｔｈｐｌａ

7、ｎｎｉｎｇ；ｃｏｌｌｉｓｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ虚拟现实技术建立了Ｐｕｍａ５６０模型并进行目标１引言［４］抓取力的仿真验证；ＸｕＨｕａ设计了一种双臂机随着计算机图形处理能力的提升，实时三维器人的图形化编程和仿真控制系统，用户通过图可视化仿真成为机器人任务规划和运动控制仿真形编程对机器人进行任务规划，可在三维仿真环［１］［５］验证的重要工具。基于仿真模块集成化设计境中分析规划结果；周军针对冗余度双臂机器思想而开发的机器人航天员双臂操作一体化仿真人进行轴孔装配的运动学

8、约束关系，对冗余双臂系统，可有效指导空间机器人系统任务的仿真验机器人的轴孔装配作业进行三维动态仿真验证；［２］［３］［６］证。在该领域已经有许多研究，Ｂｕｒｄｅａ基于ＵｎｉｖＭａｌａｙａ建立一个集成的三维模拟软件和收稿日期：２０１５⁃１１⁃０２；修回日期：２０１６⁃０８⁃０８基金项目：国家自然科学基金（６１５７３０５８）第一作者：熊明华，男，硕士，高级工程师，研究方向为空间机器人技术。Ｅ⁃ｍａｉｌ：１３９１０８３０７６１＠１３