基于分层结构的空间机械臂多约束任务规划

doi:10.3901/JME.2017.11.104

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (11): 104-112.doi: 10.3901/JME.2017.11.104

扫码分享

基于分层结构的空间机械臂多约束任务规划

王一帆, 孙汉旭, 陈钢, 贾庆轩

北京邮电大学自动化学院北京 100876

出版日期:2017-06-05 发布日期:2017-06-05
作者简介:
王一帆(通信作者)，男，1987年出生，博士研究生。主要研究方向为空间机械臂任务规划与控制技术。
E-mail：wangyifan@bupt.edu.cn
基金资助:
* 国家重点基础研究发展计划(973 计划，2013CB733000)和国家自然科学基金(61403038)资助项目; 20160619收到初稿，20170313收到修改稿;

Hierarchical Task Planning for Space Manipulator with Multi-constraint

WANG Yifan, SUN Hanxu, CHEN Gang, JIA Qingxuan

School of Automation， Beijing University of Posts and Telecommunications， Beijing 100876

Online:2017-06-05 Published:2017-06-05

摘要/Abstract

摘要：

针对空间机械臂在轨环境复杂、约束繁多、任务多样的特点，提出了一种基于分层结构的多约束任务规划方法。将任务规划过程划分为任务剖面分析与任务中间点规划两个层次分别进行。根据空间机械臂的工作特点，提出一种采用状态矩阵结合状态掩码的工作环境表征方式。在此基础上，定义了三种空间机械臂原任务及其算子。基于分层任务网络(Hierarchical task network， HTN)进行任务剖面分析，将复杂任务拆解为原任务序列。系统梳理空间机械臂规划参数集，针对因各类约束条件导致无法直接执行的原任务，在考虑资源优化的同时利用改进的A^*算法对原任务进一步划分为多段简单路径，并给出代价最小的任务中间点序列。以物体转移任务为例通过仿真试验验证了基于分层结构的空间机械臂任务规划方法的可行性与有效性。

关键词: A*算法, 分层任务网络, 任务规划, 空间机械臂

Abstract:

A hierarchical task planning method with multi-constraint is presented for space manipulator. The process of task planning is separated into two hierarchies：mission profile analysis and task node planning. A representation method for working environment using state matrix and state mask is proposed, according to the space manipulator’s characteristic. Then, three kinds of original tasks and operators are defined based on those matrixes. A sequence of original tasks can be derived by applying hierarchical task network to a complex task. A sequence of task node of the original task which cannot be executed directly because of some constraints can be calculated by an improved A* algorithm, and optimization problem is introduced into the calculation. The feasibility and effectiveness of the proposed task planning method are verified by simulation.

Key words: A* algorithm, hierarchical task network, task plan, space manipulator

王一帆, 孙汉旭, 陈钢, 贾庆轩. 基于分层结构的空间机械臂多约束任务规划[J]. 机械工程学报, 2017, 53(11): 104-112.

WANG Yifan, SUN Hanxu, CHEN Gang, JIA Qingxuan. Hierarchical Task Planning for Space Manipulator with Multi-constraint[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(11): 104-112.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2017.11.104

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2017/V53/I11/104

[1]	武星, 李杨志, 臧铁钢, 孟昭旭, 陈俊哲, 王晨涛. 基于Voronoi骨架的移动机器人融合路径规划[J]. 机械工程学报, 2025, 61(5): 165-177.
[2]	张宇, 汪田鸿, 金滔, 林杨乔, 李龙, 田应仲, 罗均, 张泉. 空间连续体机械臂运动学分析与末端控制方法[J]. 机械工程学报, 2025, 61(1): 13-29.
[3]	赵智远, 杨晓航, 徐梓淳, 李云涛, 汤家文, 赵京东. 新型SSRMS构型可重构空间机械臂的运动学奇异性分析[J]. 机械工程学报, 2024, 60(5): 19-35.
[4]	刘达新, 王科, 刘振宇, 许嘉通, 谭建荣. 基于数据融合与知识推理的机器人装配单元数字孪生建模方法研究[J]. 机械工程学报, 2024, 60(5): 36-50.
[5]	曾晨东, 艾海平, 陈力. 空间机械臂在轨插、拔孔操作力/位姿阻抗控制[J]. 机械工程学报, 2022, 58(3): 84-94.
[6]	段书用, 王启帆, 韩旭, 刘桂荣. 具有确保安全距离的A*路径优化方法[J]. 机械工程学报, 2020, 56(18): 205-215.
[7]	谷勇霞, 张玉玲, 赵杰亮, 阎绍泽. 考虑含间隙关节的漂浮基空间机械臂动力学输出特性研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(3): 99-108.
[8]	倪智宇, 刘金国, 畅晨光. 基于子空间方法的柔性空间机械臂未知末端载荷质量参数辨识[J]. 机械工程学报, 2018, 54(14): 132-140.
[9]	陈钢, 李彤, 贾庆轩, 孙汉旭, 张健. 空间机械臂末端力/位容错过程中关节参数突变抑制[J]. 机械工程学报, 2017, 53(11): 81-89.
[10]	宁峰平, 姚建涛, 安静涛, 赵永生. 减缓空间机械臂热预紧力的研究[J]. 机械工程学报, 2017, 53(11): 54-60.
[11]	贾庆轩, 李彤, 陈钢, 孙汉旭, 张健. 基于多层映射模型的空间机械臂运动可靠性影响因素灵敏度分析[J]. 机械工程学报, 2017, 53(11): 10-19.
[12]	于潇雁, 陈力. 漂浮基柔性两杆空间机械臂基于状态观测器的鲁棒控制及振动控制^*[J]. 机械工程学报, 2016, 52(15): 28-35.
[13]	董楸煌;陈力. 柔性空间机械臂捕获卫星碰撞动力学分析、镇定运动神经网络控制及抑振[J]. , 2014, 50(9): 34-42.
[14]	张文辉;叶晓平. 空间机械臂基于神经网络的死区补偿控制[J]. , 2014, 50(13): 52-58.
[15]	谷勇霞;赵杰亮;阎绍泽;吴嘉宁. 考虑谐波传动滞后的柔性空间机械臂运动精度[J]. , 2013, 49(23): 74-79.

基于分层结构的空间机械臂多约束任务规划

Hierarchical Task Planning for Space Manipulator with Multi-constraint

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价