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1、第20卷第2期載人航天Vol.20No.22014年3月MannedSpaceflightMar.2014空間機(jī)械臂視覺(jué)測(cè)量技術(shù)研究劉玉,陳鳳,黃建明,魏祥泉(上海宇航系統(tǒng)工程研究所,上海201108)摘要:空間機(jī)械臂技術(shù)是維護(hù)空間站、執(zhí)行指定任務(wù)、保障航天員出艙作業(yè)的安全等必不可少的關(guān)鍵技術(shù)。視覺(jué)測(cè)量技術(shù)則是保證空間機(jī)械臂順利完成空間遙操作任務(wù)的前提。基于此前提,首先對(duì)空間機(jī)械臂視覺(jué)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了概述,并分別對(duì)手眼關(guān)系標(biāo)定、標(biāo)志器識(shí)別以及相對(duì)三維位姿測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述;然后,以加拿大機(jī)械臂為例提出了一種基于邊緣特征的標(biāo)志器識(shí)別算法,給出了具體的識(shí)別流程,并采用一種基于非迭代的相對(duì)位姿
2、測(cè)量算法實(shí)現(xiàn)了位姿求解;最后,針對(duì)標(biāo)志器識(shí)別算法和位姿測(cè)量算法給出了基于仿真圖像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和機(jī)械臂原理樣機(jī)集成實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提出的空間機(jī)械臂視覺(jué)測(cè)量方法合理可行,滿足預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)要求,具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:空間機(jī)械臂;標(biāo)志器識(shí)別;三維位姿測(cè)量+中圖分類(lèi)號(hào):V423.41;V423.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào):1674-5825(2014)02-0127-08StudyonVisionMeasurementTechnologyofSpaceRoboticArmLIUYu,CHENFeng,HUANGJianming,WEIXiangquan(ShanghaiInstitu
3、teofAerospaceSystemEngineering,Shanghai201108,China)Abstract:SpaceRoboticArmisanindispensiblekeytechnologyinmaintainingthespacestation,performingspecifiedtasksandensuringthesafetyofEVAastronauts.Thevisionmeasurementtech-nologyistheprerequisitetocompletethespaceteleoperationtaskswiththespacerobotica
4、rm.First,theauthorsintroducedtheoutlineofvisionmeasurementtechnologyofthespaceroboticarmandthethreekeytechnologiesincludingcalibrationofhand-eyerelationship,markeridentificationandthree-dimensionalpositionandattitudemeasurement.ThentheCanadianroboticarmwastakenasanexample.Themarkeridentificationalg
5、orithmbasedontheedgefeatureandthespecificidentifi-cationprocesswasproposedinthispaper.Amethodbasedonthenon-iterativealgorithmwasusedtosolvetherelativethree-dimensionalpositionandattitude.Finally,theresultsbasedonthesimu-latedimagesandtheprototypeoftheroboticarmwiththemarkeridentificationalgorithman
6、dtheposemeasurementalgorithmweregiven.Thefinalresultsshowedthat:thevisionmeasurementtech-nologyofspaceroboticarmisreasonableandfeasible.Itcouldmeettheexpectedtechnicalrequire-mentsandhasapromisingengineeringapplicationinthefuture.Keywords:spaceroboticarm;markeridentification;three-dimensionalpositi
7、onandattitudemeas-urement入,會(huì)直接影響空間機(jī)械臂的控制精度,進(jìn)而進(jìn)一1引言步影響機(jī)械臂的空間操作能力??臻g站的組裝建造、在軌檢測(cè)、維護(hù)維修、輔空間機(jī)械臂視覺(jué)測(cè)量技術(shù)主要包括手眼關(guān)系[1]助航天員出艙活動(dòng)、支持空間應(yīng)用等都需要借標(biāo)定、標(biāo)志器識(shí)別、相對(duì)三維位姿測(cè)量等關(guān)鍵技[2-6]助空間機(jī)械臂,完成多種復(fù)雜的艙外操作。機(jī)械術(shù)。目前國(guó)外已經(jīng)在空間站使用的標(biāo)志器各臂視覺(jué)系統(tǒng)作為空間機(jī)械臂遙操