(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221040473 6.X (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 中国科学院空间应用工程与技 术中 心 地址 100094 北京市海淀区邓庄南路9号 (72)发明人 张龙　王蜀泉　 (74)专利代理 机构 北京轻创知识产权代理有限 公司 11212 专利代理师 姚晓丽 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 空间机器人接触操作的风险判定方法、 系 统、 介质及设备 (57)摘要 本发明涉及空间机器人接触碰撞动力学领 域， 尤其涉及空间机器人接触操作的风险判定方 法、 系统、 介质及设备。 该方法包括： 步骤1， 输入 模块获取空间机器人的风险判断参数； 步骤2， 风 险评估模块基于所述风险判断参数计算最大接 触碰撞力以及基座姿态 扰动二范数； 步骤3， 输出 模块基于所述最大接触碰撞力以及所述基座姿 态扰动二范数得出风险等级判定结果。 通过本发 明能够达到通过最大接触碰撞力以及基座姿态 扰动二范数的获取可以避免机器人与 目标物发 生不当接触碰撞而产生风险， 且， 本申请结合了 上述两个条件， 相较于 现有技术中仅针对一种条 件进行风险评估的判断方法更具有准确性， 另外 还可以有效减少太空中宝贵资源浪费情况的效 果。 权利要求书2页 说明书13页 附图4页 CN 114800496 A 2022.07.29 CN 114800496 A 1.一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特 征在于， 包括： 步骤1， 输入 模块获取空间机器人的风险判断参数； 步骤2， 风险评估模块基于所述风险判断参数计算最大接触碰撞力以及基座姿态扰动 二范数； 步骤3， 输出模块基于所述最大接触碰撞力以及所述基座姿态扰动二范数得出风险等 级判定结果。 2.根据权利要求1所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特征在于， 步骤 2具体包括： 所述风险评估模块根据接触碰撞力F的计算公式对所述风险判断参数进行计算得到最 大接触碰撞力， 根据姿态变化量计算 公式对所述风险判断参数进 行计算得到基座姿态扰动 二范数； 其中， 所述接触碰撞力F的计算公式的建立过程具体为： 所述风险评估模块基于所述空间机器人的关节角度以及基座位姿构建动力学模型， 基 于所述动力学模型构建所述空间机器人的改进等效质量模型， 基于接触碰撞力模型以及所 述改进等效质量模型构建接触碰撞力F的计算公式； 所述姿态变化 量计算公式的建立过程具体为： 基于所述动力学模型， 得 出姿态变化 量计算公式。 3.根据权利要求2所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特 征在于， 所述动力学模型 具体为： 其中， 为所述空间机器人的基座的线加速度， 为 所述空间机器人的基座的角加速度， 为所有关节角的角加速度， ( ·)T代表矩阵的转置； C ＝[cb,cm]T， cb和cm分别代表所述空间机器人的基 座和所述空 间机器人的机械臂相关的非线 性速度依赖项； Fb_m＝[FbT, τmT]T， Fb＝[fbT, τbT]T， fb和 τb分别为基座所受外力和外力 矩， τm为 所述机械臂所有关节的输出力 矩； Fe代表施加 在机械臂末端的力或力 矩； Jb_m代表空间机器 人系统增广雅克比矩阵。 4.根据权利要求3所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特征在于， 所述 基于所述动力学模型构建所述空间机器人的改进等效质量模型 具体为： 风险评估模块构建空间机器人的机械臂末端的速度计算公式， 基于所述速度计算公式 以及所述动力学模型构建改进等效质量模型， 所述改进等效质量模型 具体为： 其中， u代表所述机械臂末端施加力的单位方向矢量， Jb_mv代表 空间机器人系统线速度增广雅克比矩阵。 5.根据权利要求1所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特征在于， 所述 接触碰撞力F的计算公式具体为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114800496 A 2其中， 为机械臂末端与目标物接接触碰撞初始时刻相对速度， cr为接触环境恢复系 数， K为接触环境刚度系数， δ为机械臂末端与目标物接触碰撞压缩量， α 为常量， λ为接触环 境磁滞阻尼系数， 为机械臂末端与目标物接触碰撞压缩速度。 6.根据权利要求1所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特征在于， 所述 步骤3具体为： 输出模块基于所述最大接触碰撞力、 所述基座姿态扰动二范数以及风险阈值进行风险 等级判定； 其中， 所述 风险阈值 通过机械设计标准以及任务需求设计划分得 出。 7.根据权利要求1所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法， 其特征在于， 所述 风险判断参数包括： 空间机器人的基座位姿、 关节角度、 机械臂末端速度， 目标物的质量以及速度， 接触环 境的杨氏模量和泊松比、 接触点处曲率半径和接触碰撞力方向。 8.一种空间机器人接触操作的风险判定系统， 其特 征在于， 包括： 输入模块， 用于获取空间机器人的风险判断参数； 风险评估模块， 用于基于所述风险判断参数计算最大接触碰撞力以及基座姿态扰动二 范数； 输出模块， 用于基于所述最大接触碰撞力以及所述基座姿态扰动 二范数得出风险等级 判定结果。 9.一种介质， 其特征在于， 所述介质中存储有指令， 当计算机读取所述指令时， 使所述 计算机执 行如权利要求1至7中任一项所述的一种空间机器人接触操作的风险判定方法。 10.一种设备， 其特征在于， 包括权利要求9所述的存储介质、 执行所述存储介质内的指 令的处理器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114800496 A 3