多臂航天器移动任务的路径规划方法、装置、设备及介质

1.本发明实施例涉及空间控制技术领域，尤其涉及一种多臂航天器移动任务的路径规划方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.空间任务的分析与规划是对空间系统中众多目标和约束的定义、优化的过程，使其满足安全、高效、低成本等需求，是空间任务前期统筹工作的重要步骤之一。目前空间任务会进行分层规划，参见表1，其示出了现有的空间任务层化划分，共十一个步骤。但是目前空间任务的分层规划都旨在任务需求的分析与参数化，并对任务需求中各部分内容进行规划与设计，各任务层次之间的规划相对较为独立，没有明确给出各任务层次之间的逻辑关系与约束关系。因此目前分析多臂航天器移动任务的路径规划任务需求特殊性与明确约束关系进行路径规划前的首要工作。
3.表1空间任务分层规划步骤
4.

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例期望提供一种多臂航天器移动任务的路径规划方法、装置、设备及介质；能够对多臂航天器的移动任务进行分层次进行路径规划，解决了目前存在的移动任务路径规划参数多，问题维度复杂的难点。
6.本发明实施例的技术方案是这样实现的：
7.第一方面，本发明实施例提供了一种多臂航天器移动任务的路径规划方法，所述路径规划方法包括：
8.基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；
9.采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；
10.按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。
11.第二方面，本发明实施例提供了一种多臂航天器移动任务的路径规划装置，所述路径规划装置包括：确定部分，划分部分以及规划部分；其中，
12.所述确定部分，经配置为基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；
13.所述划分部分，经配置为采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；
14.所述规划部分，经配置为按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。
15.第三方面，本发明实施例提供了一种多臂航天器移动任务的路径规划设备，所述路径规划设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
16.所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
17.所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
18.所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述多臂航天器移动任务的路径规划方法的步骤。
19.第四方面，本发明实施例提供了一种介质，所述介质存储有多臂航天器移动任务的路径规划的程序，所述多臂航天器移动任务的路径规划的程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述多臂航天器移动任务的路径规划方法的步骤。
20.本发明实施例提供了一种多臂航天器移动任务的路径规划方法、装置、设备及介质；通过多臂航天器移动任务的形式与需求，获取得到了多臂航天器移动任务参数，并采用分层规划的方法，将移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系进行层次划分，并按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。通过本发明实施例提供的分层次的路径规划方法，能够解决目前多臂航天器路径规划参数众多，问题维度复杂的难点。
附图说明
21.图1为本发明实施例提供的多臂航天器的结构示意图；
22.图2为本发明实施例提供的多臂航天器所处的任务环境示意图；
23.图3为本发明实施例提供的一种多臂航天器移动任务的路径规划方法流程示意图；
24.图4为本发明实施例提供的分层规划结果示意图；
25.图5为本发明实施例提供的全局质心路径规划结果示意图；
26.图6为本发明实施例提供的步态规划结果示意图；
27.图7为本发明实施例提供的机械臂1关节角度变化示意图；
28.图8为本发明实施例提供的机械臂2关节角度变化示意图；
29.图9为本发明实施例提供的机械臂3关节角度变化示意图；
30.图10为本发明实施例提供的机械臂4关节角度变化示意图；
31.图11为本发明实施例提供的机械臂1关节角速度变化示意图；
32.图12为本发明实施例提供的机械臂2关节角速度变化示意图；
33.图13为本发明实施例提供的机械臂3关节角速度变化示意图；
34.图14为本发明实施例提供的机械臂4关节角速度变化示意图；
35.图15为本发明实施例提供的一种多臂航天器移动任务的路径规划装置组成示意图；
36.图16为本发明实施例提供的一种臂航天器移动任务的路径规划设备的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
37.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。
38.参见图1，其示出了能够实施本发明实施例技术方案的一种多臂航天器1结构示意图，其中，如图1所示，该图1所示的多臂航天器1包括基座11和机械臂12，需要说明的是，每条机械臂12由7个转动关节组成。此外，需要说明的是，图1所示的多臂机械臂1的结构并非具体限定，为了清楚地阐述本发明实施例的技术方案从而省略地没有示出其他部件。另一方面，在图1中仅示例性地示出了多臂航天器1包含有4条机械臂12，但是在具体实施过程中本发明实施例的技术方案并不局限于机械臂12的数量为4条。
39.参见图2，其示出了多臂航天器1所处的任务环境，具体来说，多臂航天器1在国际空间站上进行移动任务的展开。
40.参见图3，其示出了本发明实施例提供的一种多臂航天器移动任务的路径规划方法，所述路径规划方法包括：
41.s301、基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；
42.s302、采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；
43.s303、按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。
44.对于图3所示的技术方案，通过多臂航天器移动任务的形式与需求，获取得到了多臂航天器移动任务参数，并采用分层规划的方法，将移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系进行层次划分，并按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。通过本发明实施例提供的分层次的路径规划方法，能够解决目前多臂航天器路径规划参数众多，问题维度复杂的难点。
45.对于图3所示的技术方案，在一些可能的实施方式中，所述基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数，包括：
46.在所述移动任务对应的任务场景下，基于所述移动任务对应的任务目标、任务需求及任务约束，获得与所述移动任务具有直接关系的移动任务参数；其中，所述移动任务参数包括：所述多臂航天器的相对位置pb、所述多臂航天器的姿态ab、各机械臂的末端位置p
ei
以及各机械臂的末端姿态a
ei
；其中，i表示第i条机械臂。
47.可以理解地，在图2所示的任务场景下，多臂航天器移动任务的目标是实现多臂航天器在空间站上任意两点之间的移动。同时要保证移动的时效性、节能性、稳定性以及连续性的需求，以路径尽可能短、速度尽可能快的方式执行移动任务，避免不必要的能量消耗，移动的路径连贯稳定，避免出现过载与突变。此外，为了保证移动任务的安全性，多臂航天器至少有一个机械臂的末端需要时刻与空间站表面接触，并且在执行上述移动任务的过程中需要避免物体之间发生碰撞。
48.可以理解地，除了环境地图信息与航天器本身的结构参数之外，直接关系到移动任务的参数包括：多臂航天器的相对位置pb、多臂航天器的姿态ab、各机械臂的末端位置p
ei
以及各机械臂的末端姿态a
ei
，以上的位姿信息均处在空间站全局坐标系之下。
49.对于图3所示的技术方案，在一些可能的实施方式中，在确定所述移动任务参数后，获取所述移动任务参数关于时间的序列s(t)：
50.s(t)＝{pb(t),ab(t),p
ei
(t),a
ei
(t)},(i＝1,2,3,4，...)
ꢀꢀ
(1)
51.其中，s(t)表示所述移动任务参数关于时间的序列。
52.也就是说，对多臂航天器移动任务的规划是对s(t)中的全部任务参数元素进行规划。
53.对于任务目标与任务环境，需要建立合适的环境模型与坐标系来表达三维复杂场景环境信息与两坐标点之间的移动路径信息。针对时效性、节能性的需求，则需要在路径规划过程中对路径长度和能耗进行优化。此外，还需要对多臂航天器的动力学进行分析以满足其稳定性、连续性的需求。另一方面，在路径规划的过程中，需要对任务约束进行参数化描述，对于约束外的路径进行筛选。对于任务参数中的机械臂末端位置，还需考虑其各臂间的协同关系。
54.因此，在本发明实施例中上述移动任务分析结果如下表2所示。
55.表2移动任务分析
[0056][0057]
对于图3所示的技术方案，在一些可能的实施方式，所述采用的分层规划的方法，包括：
[0058]
按照全局到局部的逻辑关系将所述移动任务参数划分为以下三个层次：
[0059]
作为所述移动任务路径规划的第一层次，所述移动任务参数用于解决“在哪里”的问题；
[0060]
作为所述移动任务路径规划的第二层次，所述移动任务参数用于解决“怎么到”的问题；
[0061]
作为所述移动任务路径规划的第三层次，所述移动任务参数用于解决“如何实现怎么到”的问题。
[0062]
具体来说，对于多臂航天器移动任务路径规划的层次划分，一般是从高层次的任务规划、动作规划到低层的手部轨迹规划和关节轨迹规划，最后是底层的控制。最上层次的任务规划主要完成任务的分解，得到多个子任务。然后再针对每个子任务进行进一步的规划。举例来说，以“移动到桁架上”这一子任务为例，可以进一步分解为“识别桁架的位置”、“抬起机械臂”、“将机械臂转动到桁架上”等一系列动作，再对每一个动作具体进行规划，在规划后才是运动的控制。
[0063]
对于上述的实施方式，在一些示例中，所述采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次，包括：
[0064]
将所述多臂航天器的相对位置pb作为所述移动路径规划的第一层次的移动任务
参数，并在空间站全局坐标系下对所述多臂航天器的相对位置pb进行规划；
[0065]
将所述多臂航天器的姿态ab、所述机械臂的末端位置p
ei
以及所述机械臂的末端姿态a
ei
作为所述移动路径规划的第二层次的移动任务参数，并在所述多臂航天器的本体坐标系下对所述多臂航天器的姿态ab、所述机械臂的末端位置p
ei
以及所述机械臂的末端姿态a
ei
进行规划；
[0066]
确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数。
[0067]
对于上述可能的实施方式，在一些示例中，所述确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数，包括：
[0068]
在所述多臂航天器本体坐标系下，基于式(2)所示的所述机械臂关节空间内的正运动学约束关系确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数：
[0069][0070]
其中，j表示机械臂的雅可比矩阵；qk表示各机械臂中第k个关节对应的关节角度；p
ei
表示第i条机械臂末端位置；
[0071]
其中，关节角度q表征所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数。
[0072]
具体来说，机械臂的末端位置通过雅可比矩阵j与机械臂的关节空间联系起来，因此要求解雅可比矩阵j。其中，
[0073]
当第k个关节为平移关节时，其雅可比矩阵公式为：
[0074][0075]
其中，z表示关节平移方向向量。
[0076]
当第k个关节为转动关节时，其雅可比矩阵公式为：
[0077][0078]
其中，r表示姿态变换矩阵；p表示关节坐标原点到末端的向量；n表示关节数量。
[0079]
基于上述阐述，可以得到机械臂的雅可比矩阵j为：
[0080]
j＝[j1j2…jn
]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)。
[0081]
可以理解地，在规划得到s(t)后，需要进一步对qi(t)进行规划。至此整个移动任务的路径规划完成，分层规划结果如图4所示。具体来说，根据多臂航天器的任务目标和当前状态，首先，在路径规划的第一层次对多臂航天器的相对位置pb进行路径规划，具体为对全局质心路径件规划，通过对空间环境感知技术对地图环境信息进行定义和参数化；结合多臂航天器构型特点与操控冗余性，建立多臂航天器的三维刚球模型；考虑到步态规划的任务约束以及任务全局的安全性约束，对三维地图模型进行预处理；利用环境模型几何特征对搜索路径进行优化和延拓，以调节搜索步长并基于拓邻域搜索蚁群算法得到满足任务约束的最优或近似最优路径。其次，在路径规划的第二层次对多臂航天器的姿态ab(t)、机械臂的末端位置pe(t)以及机械臂的末端姿态ae(t)进行规划，具体为对多臂航天器空间移动的步态进行规划，结合多臂航天器构型以及栅格地图制定步态移动规则，同时将多臂航天器姿态以及机械臂末端的变化归纳集成为两类基本动作集，给出动作集参数化表达方式，并基于抓取和附着要求，确定步态决策规则；在考虑能耗最优原则的情况下，对步态规
划中的评价体系进行了设计与分析。最后，在路径规划的第三层次对机械臂的关节运动轨迹进行规划，具体来说在规划过程中采用多机械臂碰撞检测技术，并采用梯度投影法结合机械臂的逆运动学求解机械臂的关节空间轨迹，以获得已知多臂航天器质心位置姿态及多机械臂末端路径下的关节轨迹。可以理解地，当所有的移动任务参数规划完成后即可根据规划结果对多臂航天器的当前状态进行更新，以进行下一步移动路径的规划。
[0082]
可以理解地，对于任一机械臂来说，其臂杆数量与关节数量是相一致的。
[0083]
基于上述阐述，对于图3所示的技术方案，在一些可能的实施方式中，多臂航天器移动任务规划的全部任务参数关于时间的序列可以表示为：
[0084]
s(t)＝{pb(t),ab(t),p
ei
(t),a
ei
(t),q(t)},(i＝1,2,3,4,...)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)。
[0085]
需要说明的是，任务的约束是贯穿整个任务流程的，所以每个层次的规划在设计过程中都需要考虑约束。同时考虑到每个层次之间的逻辑关系，各层次内部得到的结果需要拿到其他层次分析是否合理，如果不合理需要返回任务总体需求按照设计原则加以协调改进。
[0086]
下面通过具体的仿真分析及结果对本发明实施例进行详细的阐述。
[0087]
为了验证本发明实施例中基于图4所示的全局质心路径规划、步态动作集序列规划、关节空间规划三个层次的分层路径规划的有效性，对分层路径规划进行全流程仿真，仿真结果如图5和图6所示，其中图5表示的是全局质心路径规划结果，图6表示的是步态规划结果。
[0088]
在规划过程中，当步态动作集序列规划结果π(rotation,translation)中部分动作集序列为：r(4,-90
°
,0),r(3,-90
°
,0),r(4,180
°
,1)，采用k＝0.1的梯度投影优化方法求解出对应各条机械臂关节角度、关节角速度结果如图7至图14所示。由仿真结果可以看出，各层次间规划可以顺利地依次进行，得到路径规划任务中全部的任务元素s(t)。
[0089]
基于前述技术方案相同的发明构思，参见图15，其示出了本发明实施例提供的一种多臂航天器移动任务的路径规划装置150组成，所述路径规划装置包括150：确定部分1501，划分部分1502以及规划部分1503；其中，
[0090]
所述确定部分1501，经配置为基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；
[0091]
所述划分部分1502，经配置为采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；
[0092]
所述规划部分1503，经配置为按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。
[0093]
需要说明的是，对于上述各组件所配置功能的具体实现方式或实施示例内容，可参见前述技术方案相应的步骤及实现方式和示例，本发明实施例在此不作赘述。
[0094]
可以理解地，在本实施例中，“部分”可以是部分电路、部分处理器、部分程序或软件等等，当然也可以是单元，还可以是模块也可以是非模块化的。
[0095]
另外，在本实施例中的各组成部分可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0096]
所述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并非作为独立的产品进行销售
或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中，基于这样的理解，本实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或processor(处理器)执行本实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0097]
因此，本实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有多臂航天器移动任务的路径规划的程序，所述多臂航天器移动任务的路径规划的程序被至少一个处理器执行时实现上述技术方案中所述多臂航天器移动任务的路径规划方法步骤。
[0098]
根据上述多臂航天器移动任务的路径规划装置150以及计算机存储介质，参见图16，其示出了本发明实施例提供的一种能够实施上述多臂航天器移动任务的路径规划装置150的计算设备160的具体硬件结构，该计算设备160可以为无线装置、移动或蜂窝电话(包含所谓的智能电话)、个人数字助理(pda)、视频游戏控制台(包含视频显示器、移动视频游戏装置、移动视频会议单元)、膝上型计算机、桌上型计算机、电视机顶盒、平板计算装置、电子书阅读器、固定或移动媒体播放器，等。计算设备160包括：通信接口1601，存储器1602和处理器1603；各个组件通过总线系统1604耦合在一起。可理解，总线系统1604用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统1604除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。但是为了清楚说明起见，在图16中将各种总线都标为总线系统1604。其中，
[0099]
所述通信接口1601，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
[0100]
所述存储器1602，用于存储能够在所述处理器1603上运行的计算机程序；
[0101]
所述处理器1603，用于在运行所述计算机程序时，执行以下步骤：
[0102]
基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；
[0103]
采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；
[0104]
按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。
[0105]
可以理解，本发明实施例中的存储器1602可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dynamic ram，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronous dram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate sdram，ddrsdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，drram)。本文描述的系统和方法的存储器1602旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0106]
而处理器1603可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1603中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1603可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1602，处理器1603读取存储器1602中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0107]
可以理解的是，本文描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路(application specific integrated circuits，asic)、数字信号处理器(digital signal processing，dsp)、数字信号处理设备(dsp device，dspd)、可编程逻辑设备(programmable logic device，pld)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本技术所述功能的其它电子单元或其组合中。
[0108]
对于软件实现，可通过执行本文所述功能的模块(例如过程、函数等)来实现本文所述的技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
[0109]
具体来说，处理器1603还配置为运行所述计算机程序时，执行前述技术方案中所述多臂航天器移动任务的路径规划方法步骤，这里不再进行赘述。
[0110]
需要说明的是：本发明实施例所记载的技术方案之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
[0111]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种多臂航天器移动任务的路径规划方法，其特征在于，所述路径规划方法包括：基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。2.根据权利要求1所述的路径规划方法，其特征在于，所述基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数，包括：在所述移动任务对应的任务场景下，基于所述移动任务对应的任务目标、任务需求及任务约束，获得与所述移动任务具有直接关系的移动任务参数；其中，所述移动任务参数包括：所述多臂航天器的相对位置p
b
、所述多臂航天器的姿态a
b
、各机械臂的末端位置p
ei
以及各机械臂的末端姿态a
ei
；其中，i表示第i条机械臂。3.根据权利要求2所述的路径规划方法，其特征在于，在确定所述移动任务参数后，获取所述移动任务参数关于时间的序列s(t)：s(t)＝{p
b
(t),a
b
(t),p
ei
(t),a
ei
(t)},(i＝1,2,3,4，)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，s(t)表示所述移动任务参数关于时间的序列。4.根据权利要求2所述的路径规划方法，其特征在于，所述采用的分层规划的方法，包括：按照全局到局部的逻辑关系将所述移动任务参数划分为以下三个层次：作为所述移动任务路径规划的第一层次，所述移动任务参数用于解决“在哪里”的问题；作为所述移动任务路径规划的第二层次，所述移动任务参数用于解决“怎么到”的问题；作为所述移动任务路径规划的第三层次，所述移动任务参数用于解决“如何实现怎么到”的问题。5.根据权利要求4所述的路径规划方法，其特征在于，所述采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次，包括：将所述多臂航天器的相对位置p
b
作为所述移动路径规划的第一层次的移动任务参数，并在空间站全局坐标系下对所述多臂航天器的相对位置p
b
进行规划；将所述多臂航天器的姿态a
b
、所述机械臂的末端位置p
ei
以及所述机械臂的末端姿态a
ei
作为所述移动路径规划的第二层次的移动任务参数，并在所述多臂航天器的本体坐标系下对所述多臂航天器的姿态a
b
、所述机械臂的末端位置p
ei
以及所述机械臂的末端姿态a
ei
进行规划；确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数，包括：在所述多臂航天器本体坐标系下，基于式(2)所示的所述机械臂关节空间内的正运动学约束关系确定所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数：
其中，j表示机械臂的雅可比矩阵；q
k
表示各机械臂中第k个关节对应的关节角度；p
ei
表示第i条机械臂末端位置；其中，关节角度q表征所述移动任务路径规划第三层次的移动任务参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，全部所述移动任务参数关于时间的序列为：s(t)＝{p
b
(t),a
b
(t),p
ei
(t),a
ei
(t),q(t)},(i＝1,2,3,4,)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)。8.一种多臂航天器移动任务的路径规划装置，其特征在于，所述路径规划装置包括：确定部分，划分部分以及规划部分；其中，所述确定部分，经配置为基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；所述划分部分，经配置为采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；所述规划部分，经配置为按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。9.一种多臂航天器移动任务的路径规划设备，其特征在于，所述路径规划设备包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行权利要求1至7中任一项所述多臂航天器移动任务的路径规划方法的步骤。10.一种介质，其特征在于，所述介质存储有多臂航天器移动任务的路径规划的程序，所述多臂航天器移动任务的路径规划的程序被至少一个处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述多臂航天器移动任务的路径规划方法的步骤。

技术总结
本发明实施例公开了一种多臂航天器移动任务的路径规划方法、装置、设备及介质；所述路径规划方法包括：基于多臂航天器的移动任务形式与需求，确定所述多臂航天器的移动任务参数；采用分层规划的方法，将所述移动任务参数按照全局到局部的逻辑关系划分为多个层次；按照划分完成的层次，对每个层次中的所述移动任务参数进行路径规划。务参数进行路径规划。务参数进行路径规划。


技术研发人员：曹喜滨 岳程斐 张枭 陈雪芹 林涛
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：2022.12.05
技术公布日：2023/4/5