28、太空机器人轨迹规划与多机器人任务分配研究

太空机器人轨迹规划与多机器人任务分配研究

太空机器人轨迹规划

在太空探索中，太空机器人的轨迹规划至关重要，它直接关系到任务的成功与否。下面将详细介绍一种基于遗传算法的碰撞与奇异规避最优轨迹生成方法。

轨迹约束条件

• 避障约束 ：当太空机器人的一个或多个连杆进入障碍物周围半径为 (d_{sphere}) 的警告区域时，避障约束开始生效。计算连杆与障碍物之间的距离 (d_{ci}) 需使用连杆在目标坐标系中的位置，该位置通过将连杆的雅可比矩阵代入特定公式计算得出。避障约束定义为 (d_{ci} - d_{critical} > 0)，其中 (d_{critical}) 是障碍物周围禁止太空机器人进入的禁区半径，且 (d_{critical} < d_{sphere})。具体公式如下：
  [
  d_{ci} = |r_i(t + 1) - r_c| 2
  ]
  [
  \begin{bmatrix}
  r_i & \varphi_i
  \end{bmatrix}’ =
  \int {t}^{t + 1}
  J(q) \dot{q}(t)dt
  ]
• 安全轨迹约束 ：在太空机器人运动前，末端执行器的速度和配置速度未预先定义。算法使用速度约束避免速度突变，在无障碍物和避障轨迹段，只要速度在规定范围内不突变即可。但当末端执行器接近抓取点（安全距离）时，配置速度需根据末端执行器与抓取点的剩余距离降低，直至末端执行器在抓取点停止。引入的递减函数为：
  [ <