空间机械臂视觉测量技术研究.pdf

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1、第２０卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．２２０１４年３月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＭａｒ．２０１４空间机械臂视觉测量技术研究刘玉，陈凤，黄建明，魏祥泉（上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０８）摘要：空间机械臂技术是维护空间站、执行指定任务、保障航天员出舱作业的安全等必不可少的关键技术。视觉测量技术则是保证空间机械臂顺利完成空间遥操作任务的前提。基于此前提，首先对空间机械臂视觉测量技术进行了概述，并分别对手眼关系标定、标志器识别以及相对三维位姿测量等关键技术进行了阐述；然后，以加拿大机械臂为例提出了一种基于边缘特征的标志器识别算法，给出了具体的识别流程，并采用一种基于非迭代的相对位姿

2、测量算法实现了位姿求解；最后，针对标志器识别算法和位姿测量算法给出了基于仿真图像的实验结果和机械臂原理样机集成实验结果。最终实验结果表明：提出的空间机械臂视觉测量方法合理可行，满足预期的技术指标要求，具有较强的工程应用价值。关键词：空间机械臂；标志器识别；三维位姿测量＋中图分类号：Ｖ４２３．４１；Ｖ４２３．７文献标识码：文章编号：１６７４-５８２５（２０１４）０２-０１２７-０８StudyonVisionMeasurementTechnologyofSpaceRoboticArmＬＩＵＹｕ，ＣＨＥＮＦｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＪｉａｎｍｉｎｇ，ＷＥＩＸｉａｎｇｑｕａｎ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕ

3、ｔｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉｃＡｒｍｉｓａｎｉｎｄｉｓｐｅｎｓｉｂｌｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｓｐａｃｅｓｔａｔｉｏｎ，ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇｓｐｅｃｉｆｉｅｄｔａｓｋｓａｎｄｅｎｓｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆＥＶＡａｓｔｒｏｎａｕｔｓ．Ｔｈｅｖｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈ-ｎｏｌｏｇｙｉｓｔｈｅｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｓｐａｃｅｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｔａｓｋｓｗｉｔｈｔｈｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｉｃａ

4、ｒｍ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｏｕｔｌｉｎｅｏｆｖｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｈａｎｄ-ｅｙｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ，ｍａｒｋｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．ＴｈｅｎｔｈｅＣａｎａｄｉａｎｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｗａｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ．Ｔｈｅｍａｒｋｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｇ

5、ｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｄｇｅｆｅａｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｉｄｅｎｔｉｆｉ-ｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ａｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｏｎ-ｉｔｅｒａｔｉｖｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｍｕ-ｌａｔｅｄｉｍａｇｅｓａｎｄｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｗｉｔｈｔｈｅｍａｒｋｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎ

6、ｄｔｈｅｐｏｓｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｆｉｎａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔ：ｔｈｅｖｉｓｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈ-ｎｏｌｏｇｙｏｆｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｉｔｃｏｕｌｄｍｅｅｔｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅ-ｍｅｎｔｓａｎｄｈａｓａｐｒｏｍｉｓｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅ．Keywords：ｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｉｃａｒｍ；ｍａｒｋｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｐｏｓｉｔｉ

7、ｏｎａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｍｅａｓ-ｕｒｅｍｅｎｔ入，会直接影响空间机械臂的控制精度，进而进一１引言步影响机械臂的空间操作能力。空间站的组装建造、在轨检测、维护维修、辅空间机械臂视觉测量技术主要包括手眼关系［１］助航天员出舱活动、支持空间应用等都需要借标定、标志器识别、相对三维位姿测量等关键技［２-６］助空间机械臂，完成多种复杂的舱外操作。机械术。目前国外已经在空间站使用的标志器各臂视觉系统作为空间机械臂遥操