基于A_算法的空间机械臂避障路径规划

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1、第46卷第13期机械工程学报Vol.46No.132010年7月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJul.2010DOI：10.3901/JME.2010.13.109基于A*算法的空间机械臂避障路径规划*贾庆轩陈钢孙汉旭郑双奇(北京邮电大学自动化学院北京100876)摘要：针对空间机械臂在轨操作任务需求，提出一种基于A*算法的避障路径规划算法。根据机械臂和障碍物几何特征，对机械臂模型和障碍模型进行简化。通过研究机械臂本身所固有的几何特性，根据障碍物的位姿坐标，分析机械臂各杆件与障碍物发生碰撞的条件，进而求解空间机械臂的无碰撞自由工作空间。在此基础上，利用A*算

2、法在空间机械臂的自由工作空间进行无碰撞路径搜索，实现了空间机械臂的避障路径规划。通过仿真试验验证了基于A*算法的空间机械臂避障路径规划算法的有效性与可行性。关键词：空间机械臂避障路径规划A*算法中图分类号：TP242PathPlanningforSpaceManipulatortoAvoidObstacleBasedonA*AlgorithmJIAQingxuanCHENGangSUNHanxuZHENGShuangqi(AutomationSchool,BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,Beijing100876)Abstrac

3、t：AnovelpathplanningmethodtoavoidobstaclebasedonA*algorithmispresentedforspacemanipulatortoaccomplishthein-orbitmission.Accordingtothegeometriccharacteristicsofmanipulatorandobstacle,themanipulatormodelandobstaclemodelaresimplified.Onthebasisoftheinherentgeometriccharacteristicofmanipulator,andac

4、cordingtothepositionandorientationcoordinatesofobstacle,thecollisionconditionsofalllinksofmanipulatorareanalyzed.Andthen,thecollision-freeworkspaceofspacemanipulatorisobtained.Onthisbasis,thecollision-freepathsearchinthefreeworkspaceofspacemanipulatoriscarriedoutbyusingA*algorithm,thereby,theobst

5、acleavoidancepathplanningisachieved.TheeffectivenessandfeasibilityoftheproposedpathplanningalgorithmbasedonA*algorithmforspacemanipulatortoavoidobstacleareverifiedbysimulationandexperiment.Keywords：SpacemanipulatorObstacleavoidancepathplanningA*algorithm浮状态，使得机械臂控制变量与非独立变量之间存*0前言在强烈的运动耦合，运动控制难度加大

6、，从而空间[1]机械臂的路径规划变得特别复杂。此外，由于空随着空间探索的不断深入，空间机械臂应用技间环境中的空间碎片，空间舱体外设试验装置等都术已经成为空间技术的重要研究方向。空间机械臂有可能成为空间机械臂在轨操作过程中的障碍，因代替宇航员完成空间作业任务，如组装与搭建空间此为了顺利完成在轨操作任务，开展空间机械臂避站、释放与回收卫星、维护空间设备以及完成空间障路径规划研究十分重要。科学试验等，大大减小了宇航员舱外作业的风险，避障路径规划是指在给定的障碍条件以及起因此空间机械臂应用技术受到国内外专家的高度重始和目标的位姿，选择一条从起始点到达目标点的视。在微重力环境下，空间机械臂系统处于

7、自由漂路径，使运动物体能安全、无碰撞地通过所有的障[2]碍。目前，针对机械臂避障路径规划提出了许多*国家高技术研究发展计划资助项目(863计划，2009AA7041007)。方法，其中最为典型的包括基于自由空间法和人工20100324收到初稿，20100504收到修改稿110机械工程学报第46卷第13期期[3-4]势场法两种。LOZANO-PEREZ提出了基于C空具体的构型D-H坐标系与参数分别如图1和下表所间的自由空间法。首先以机