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龙图腾网获悉深空探测实验室(天都实验室)申请的专利一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN121552398B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-20发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202610096152.9，技术领域涉及：B25J9/16；该发明授权一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法是由黄兴宏;宋昱岐;曹凯;方振;杨伟奇;王飞洋;赵英杰设计研发完成，并于2026-01-23向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法，属于机器人轨迹规划技术领域。方法包括：获取机械臂期望的全程末端位置轨迹和姿态轨迹；设定控制周期并循环执行；在每个控制时刻，计算广义雅可比矩阵及系统奇异度量，判断系统是否接近奇异；若接近奇异，则遍历全部基座姿态可能值，计算不改变末端位姿的关节角状态及对应奇异度量，搜索出最大奇异度量对应的系统构型；随后对机械臂状态进行重构，使其运动至该最大奇异度量构型以脱离奇异；计算广义雅可比矩阵的逆得到速度逆运动学，进而计算关节角速度及下一时刻关节角。本发明实现了保证避奇异能力的同时，不引入任何理论误差的精确轨迹规划效果。

本发明授权一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法在权利要求书中公布了：1.一种自由漂浮空间机械臂避奇异轨迹规划方法，其特征在于，包括： 步骤S110：获取机械臂期望的全程末端位置轨迹和姿态轨迹，计算相应的末端速度和角速度； 步骤S120：设定控制周期，记为 步骤S130：根据当前时刻关节角计算广义雅可比矩阵，根据广义雅可比矩阵计算系统奇异度量；根据当前时刻的奇异度量判断自由漂浮空间机械臂系统当前时刻是否接近奇异：若接近奇异，则转步骤S140；若未接近奇异，则转步骤S170进行下一周期的关节运动计算； 步骤S140：遍历全部基座姿态可能值，计算不改变末端位姿的关节角状态，根据所得关节角计算对应奇异度量，从奇异度量集合中搜索出最大奇异度量，记其基座姿态和关节角组成的系统构型为 步骤S150：对机械臂状态进行重构，使其从当前构型运动至最大奇异度量构型，从而脱离奇异； 步骤S160：计算广义雅可比矩阵的逆，得到速度逆运动学，根据速度逆运动学计算机械臂关节角速度； 步骤S170：根据角速度计算出下一时刻的关节角； 步骤S180：重复执行步骤S130~步骤S170，直至完成全程期望运动轨迹； 步骤S110包括： 设给定的机械臂期望末端位姿轨迹函数为： 其中，表示末端期望位置，表示末端期望姿态； 根据求导计算得到末端速度和角速度为： ； 其中，表示全程的末端期望位姿；表示全程的末端期望位姿速度，表示末端期望线速度，表示末端期望角速度； 步骤S130包括： 步骤S130-1：根据运动学建模推导机械臂末端位姿速度与关节角速度之间的运动关系，其系数矩阵为广义雅可比矩阵，记为，即： ； 其中，表示关节角矢量，、、依次表示三个关节的关节角；三个关节指的是机械臂本体上的三个旋转关节；奇异度量定义为广义雅可比矩阵的行列式绝对值： ； 表示计算方阵的行列式；根据当前关节角通过上式计算当前时刻的奇异度量，记为，表示当前时刻； 步骤S130-2：设定奇异度量阈值为，判断当前时刻奇异度量与之间的相对大小：若，说明系统接近奇异，则转步骤S140；否则，转步骤S170； 步骤S140包括： 步骤S140-1：以基座姿态为自变量，建立奇异度量关于的函数模型； 步骤S140-2：建立运动学等效的虚拟机械臂VM模型：定义虚拟臂杆长度和虚拟臂杆矢量为： ， ； 其中，，为机械臂系统总质量，为部件的质量，依次代表基座和三个臂杆的质量，；为臂杆自身质心前后两部分的长度、之和，、分别为这两部分的归一化长度，满足；根据后一式有，当末端期望姿态给定时，是确定的； 基于虚拟臂杆的末端位姿运动学为： ； 其中，为机械臂系统质心的位置矢量；为虚拟基座矢量，，为基座质心指向关节的矢量，是基座与第一个臂杆之间的连接关节； 步骤S140-3：绘制VM模型运动学的几何示意图； 步骤S140-4：根据VM模型几何示意图计算虚拟关节位于右侧时的关节角矢量以及对应奇异度量；其中，是连接第一和第二臂杆的虚拟关节；在中根据余弦定理解得： ； 根据虚拟臂杆矢量的计算关系解得： ； 其中，，；、为虚拟关节的位置坐标，；、为虚拟关节的位置坐标，； 第3个关节角为： ； 得到所求关节角矢量，计算该关节角矢量的奇异度量； 步骤S140-5：根据VM模型几何示意图计算虚拟关节位于连线左侧时的关节角矢量以及对应奇异度量； 在中根据余弦定理解得： ； 、、、的计算过程和表达式与步骤S140-4相同； 步骤S140-6：搜索奇异度量最大的系统构型，具体如下： 在基座姿态的全部可达域上，以步骤S140-2~S140-5建立的奇异度量关于的函数模型，搜索最大奇异度量，其对应的系统构型记为，其中为最大奇异度量对应的基座姿态，为最大奇异度量对应的关节角。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术，可联系本专利的申请人或专利权人深空探测实验室(天都实验室)，其通讯地址为：230088 安徽省合肥市蜀山区中安创谷科技园二期F1；或者联系龙图腾网官方客服，联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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