一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法，包括：任务的第一控制周期结束后，使用粒子滤波算法获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布；依据所述空间位置误差概率分布，获得空间机械臂的使用可靠度；依据所述使用可靠度和预设的可靠度阈值，获得调整量；依据预设的第一目标空间位置信息和所述调整量，获得第二目标空间位置信息；所述第二目标空间位置信息为在第二控制周期结束后所述空间机械臂末端的空间位置信息；本发明实施例还提供一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制系统。根据本发明实施例提供的技术方案，可以保证在空间机械臂末端空间位置误差观测噪声为任意分布的条件下提高空间机械臂使用可靠性。
【专利说明】一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法及系统
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及自动化控制技术，尤其涉及一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法及系统。
【【背景技术】】
[0002]目前，空间站设备的组装、回收、维修及舱外活动都需要依赖空间机械臂来完成，由于空间机械臂处于微重力、高低温交变、高辐射等恶劣的太空环境中，维修和维护十分困难，因此空间机械臂的可靠性成为世界航天技术的主要难点。空间机械臂的可靠性包括固有可靠性和使用可靠性，其中，固有可靠性在空间机械臂的设计和生产过程中就已经确定，因此提高空间机械臂的使用可靠性是一个经济、有效地提高空间机械臂的任务完成质量的方法。
[0003]空间机械臂都是按照预先设置好的任务规划，执行任务，需要在预设的时间到达预设的空间位置，然而，由于空间机械臂关节上的齿轮间隙或者传感器噪声等原因，空间机械臂在执行任务后，实际到达的空间位置与预期的空间位置之间存在一定的误差，如果空间机械臂继续执行任务，任务的实际执行结果与预期的执行结果之间的误差将越来越大，因此空间机械臂的使用可靠性较低。
[0004]由于实际的空间机械臂系统可能存在各种内部结构或环境上的影响，空间机械臂的位置误差的实际分布情况可能不会为简单的高斯分布，而可能是各种难以进行解析描述的情况，这时若使用经典的贝叶斯理论来处理时就会出现如难以进行近似计算以及计算结果与实际有很大偏差等问题。
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【发明内容】
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[0005]有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法及系统，以实现提高空间机械臂的使用可靠性。
[0006]本发明实施例提供了一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法，包括:
[0007]任务的第一控制周期结束后，使用粒子滤波算法，获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布；
[0008]依据所述空间位置误差概率分布，获得空间机械臂的使用可靠度；
[0009]依据所述使用可靠度和预设的可靠度阈值，获得调整量；
[0010]依据预设的第一目标空间位置信息和所述调整量，获得第二目标空间位置信息；所述第二目标空间位置信息为在第二控制周期结束后所述空间机械臂末端的目标空间位
置信息。[0011]上述方法中，获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布的方法为:根据粒子滤波算法，获得表示空间机械臂末端空间位置误差可能取值的粒子，并根据空间机械臂末端空间位置误差的检测值得到对应粒子的权值，然后通过粒子和其对应的权值来描述空间机械臂末端的空间位置误差概率分布；[0012]使用上述方法获得的空间机械臂末端的空间位置误差概率分布函数为:
【权利要求】
1.一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制方法，其特征在于，所述方法包括: 任务的第一控制周期结束后，使用粒子滤波算法，获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布； 依据所述空间位置误差概率分布，获得空间机械臂的使用可靠度； 依据所述使用可靠度和预设的可靠度阈值，获得调整量； 依据预设的第一目标空间位置信息和所述调整量，获得第二目标空间位置信息；所述第二目标空间位置信息为在第二控制周期结束后所述空间机械臂末端的目标空间位置信肩、O
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，任务的第一控制周期结束后，使用粒子滤波算法，获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布，包括:根据粒子滤波算法，获得表示空间机械臂末端空间位置误差可能取值的粒子，并根据空间机械臂末端空间位置误差的检测值得到对应粒子的权值，然后通过粒子和其对应的权值来描述空间机械臂末端的空间位置误差概率分布； 使用上述方法获得的空间机械臂末端的空间位置误差概率密度函数为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述空间位置误差概率分布，获得空间机械臂的使用可靠度，包括: 依据所述空间机械臂末端的空间位置误差概率密度函数f( Θ i I Yi)，并利用如下公式，获得空间机械臂的使用可靠度:
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述依据所述使用可靠度和预设的可靠度阈值，获得调整量，包括: 比较所述使用可靠度与所述可靠度阈值的大小； 若所述使用可靠度小于所述可靠度阈值，依据所述空间机械臂末端的空间位置误差概率分布的期望，获得所述空间机械臂末端的调整量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，首先依据所述空间机械臂的空间位置误差概率分布获得第i个控制周期结束后空间机械臂末端的空间位置误差概率分布的期望μ 1:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 所述第一目标空间位置信息包括以下信息中至少一个:空间机械臂末端在空间坐标系的坐标值、所述空间机械臂末端与空间坐标系中坐标轴的夹角； 所述依据预设的第一目标空间位置信息和所述调整量，获得第二目标空间位值信息，包括: 依据所述第一目标空间位置信息与所述调整量的和值，获得所述第二目标空间位置信息。
7.一种基于粒子滤波算法的空间机械臂控制系统，其特征在于，所述系统包括: 处理单元，用于在任务的第一控制周期结束后，使用粒子滤波算法，获得空间机械臂末端的空间位置误差概率分布； 评估单元，用于依据所述空间位置误差概率分布，获得空间机械臂的使用可靠度； 生成单元，用于依据所述使用可靠度和预设的可靠度阈值，获得调整量； 控制单元，用于依据预设的第一目标空间位置信息和所述调整量，获得第二目标空间位置信息；所述第二目标空间位置信息为在第二控制周期结束后所述空间机械臂末端的目标空间位置信息。
【文档编号】B25J9/16GK103991074SQ201410217148
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】高欣, 王一帆, 杨晓健, 孙汉旭, 贾庆轩, 杜明涛 申请人:北京邮电大学