双臂自由飞行空间机器人地面实验平台系统设计

本文主要讨论在地面上模拟的空间微重力环境下能 够自主捕捉目标的双臂自由飞行空间机器人地面实验平台的系统设计方案．该系统由机器人 实验模型、视觉系统、通讯系统、主机系统、气浮平台及浮动目标六个子模块组成．本文首 先讨论系统各子模块的设计原则,其中重点讨论机器人实验模型设计,其次讨论基于层次递 减式控制系统结构,它由用户界面、策略控制及运动控制三个层次组成．最后讨论机器人本 体飞行运动控制算法和机械手臂操作控制算法．     

双臂空间机器人协调操作运动控制仿真系统的设计与实现

阐述了双臂自由飞行空间机器人闭链式协调操作运动控制实验平台的建立方法。将VC 6.0、OpenGL、Matlab和Matcom四种软件融合起来，搭建FFSR(自由飞行空间机器人)系统实验平台；通过运动控制算法描述了机器人双臂协调操作目标物的动态特性，给出了机器人本体中心的位置姿态和转角的变化曲线，验证了该运动控制算法的正确性，以及编程效率的优越性。     

双臂自由飞行空间机器人自主控制系统仿真

该文重点介绍了所开发的双臂自由飞行空间机器人自主规划运动控制仿真系统的构成、各模块的功能以及自主规划算法。为研制和开发自由飞行空间机器人及其地面实验平台提供了理论依据。     

自由飞行空间机器人地面实验平台网络系统

为了实现自由飞行空间机器人地面实验平台系统中各工作站之间的实时通讯 ,模拟自由飞行空间机器人操作目标卫星的过程 ,开发了基于TCP/IP协议的网络实时监控系统。该系统能满足应用程序在多机、跨平台之间实时的数据传送与接收的要求 ,应用接口简单并具有网络故障自动检测及恢复等功能     

基于蚁群算法的自由飞行空间机器人路径规划

本文采用蚁群算法实现了自由飞行空间机器人的避障路径规划．蚁群算法是基于群 体的一种仿生算法，为求解复杂的组合优化方法问题提供了一种新思路．本文对蚁群算法进 行了适当的修改，使之适用于自由飞行空间机器人的路径规划，然后用计算机进行了仿真， 取得了较好的结果．     

舱外自由移动机器人系统

本文简要阐述了空间机器人在航天技术发展中的重要意义与广阔的应用前景，分析了空间机器人地面实验系统的发展状况和优缺点，论述了我国开展舱外自由移动机器人系统研究的目的与意义，并详细阐述了舱外自由移动机器人的功能结构和组成。最后，展示了舱外自由移动机器人系统的地面演示实验结果。     

基于虚拟样机技术的空间机器人系统的建模与仿真

首次采用虚拟样机技术对空间机器人系统进行建模和仿真,得出了反映机器人与卫星本体间运动学和动力学耦合情况的一些重要结果、为保持本体姿态稳定和驱动机器人按预定轨迹运动所需的控制力矩等．该方法可方便地用于验证固定基座、自由飞行、自由飘浮机器人的路径规划、控制算法、奇异空间等．与其它建模和仿真方法相比,该方法建模简单、可视化强、后处理功能极其强大,可实现多刚体系统闭环控制的仿真．     

自由飞行空间机器人仿真试验平台的设计与实现*

首先介绍了VC++6.0,OpenGL和MATLAB 6.0三种软件各自特点;其次在各自特点的基础上,建立了基于三者相结合的自由飞行空间机器人仿真试验平台;最后以建立自由飞行空间机器人的运动仿真系统为例,说明了该试验平台的优越性和有效性。     

一种笛卡儿空间的自由漂浮空间机器人路径规划方法

针对自由漂浮空间机器人工作时需保证载体姿态稳定的问题,提出了一种笛卡儿空间内载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人非完整路径规划方法．首先,基于自由漂浮空间机器人特征方程和角动量守恒方程得到广义雅可比矩阵;其次,出于路径规划的需要,分析了载体姿态无扰的自由漂浮空间机器人可达工作空间;最后,引入相关系数,设计了笛卡儿空间内的无扰向量合成算法．仿真得到的路径规划结果表明机械臂末端达到目标点的同时确保了载体姿态无扰动,从而验证了所提方法的可行性和有效性．     

自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制

作为空间操控的重要手段, 空间遥操作将趋向于更精细和更灵活. 然而传统的空间遥操作控制方法难以兼 顾操作的精细性和灵活性. 针对这一问题, 本文阐述了一种面向自由飞行空间机器人的遥操作分数阶PID控制方法. 首先根据自由飞行空间机器人的动力学模型, 设计了空间遥操作分数阶PID控制系统. 其次, 针对空间遥操作时滞 系统和系统的鲁棒性和抗干扰性要求, 基于系统的参数稳定域, 对分数阶PID控制器的参数进行整定. 最后, 数值仿 真和地面遥操作实验验证了分数阶PID控制器的跟踪性能、抗干扰性、鲁棒性和抗时延抖动性能. 因此, 本文设计的 分数阶PID控制器不仅适合于空间遥操作复杂时滞系统, 而且可以满足未来空间遥操作任务的发展需求.     

基于位姿空间栅格扩展及变维搜索的\=机器人运动规划新策略

本文首先对机器人运动规划算法中的栅格扩展策略及次序规划法进行了探讨,并提 出了相应的改进方法,在此基础上提出了一种新的机器人运动规划策略——基于位姿空间栅 格扩展及变维空间搜索算法,该算法可有效地在复杂环境中找出无碰撞路径．     

Robots in space - a survey

The paper tries to outline the state of the art in space robotics. It discusses the technologies used in ROTEX, the first remotely controlled space robot which flew with the shuttle Columbia in April 1993, but it also gives a review of the major space robot projects envisioned by different nations for the next decade. The mechatronics and dynamics aspects of space robots including free-flying systems are briefly discussed. Broader attention is given to the telerobotic and teleoperational control loop structures, including predictive delay-compensating graphics simulation. The paper finally tries to emphasize that by task-level programming (involving 'learning by showing' on a high level) future space robots will be powerful tools for scientists and ground operators which are not robot specialists. The tele-sensor programming concept of ROTEX was a first step in this direction. We plead for flying a variety of space robot systems in the near future in order to enhance experience with and confidence in these technologies as quickly as possible.     

Dynamics and Noncollocated Model‐Free Position Control for a Space Robot with Multi‐Link Flexible Manipulators

In this paper, both the dynamics and noncollocated model‐free position control (NMPC) for a space robot with multi‐link flexible manipulators are developed. Using assumed modes approach to describe the flexible deformation, the dynamic model of the flexible space robotic system is derived with Lagrangian method to represent the system dynamic behaviors. Based on Lyapunov's direct method, the robust model‐free position control with noncollocated feedback is designed for position regulation of the space robot and vibration suppression of the flexible manipulators. The closed‐loop stability of the space robotic system can be guaranteed and the guideline of choosing noncollocated feedback is analyzed. The proposed control is easily implementable for flexible space robot with both uncertain complicated dynamic model and unknown system parameters, and all the control signals can be measured by sensors directly or obtained by a backward difference algorithm. Numerical simulations on a two‐link flexible space robot are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed control.     

The complexity of the free space for motion planning amidst fat obstacles

The complexity of motion planning algorithms highly depends on the complexity of the robot's free space, i.e., the set of all collision-free placements of the robot. Theoretically, the complexity of the free space can be very high, resulting in bad worst-case time bounds for motion planning algorithms. In practice, the complexity of the free space tends to be much smaller than the worst-case complexity. Motion planning algorithms with a running time that is determined by the complexity of the free space therefore become feasible in practical situations. We show that, under some realistic assumptions, the complexity of the free space of a robot with any fixed number of degrees of freedom moving around in ad-dimensional Euclidean workspace with fat obstacles is linear in the number of obstacles. The complexity results lead to highly efficient algorithms for motion planning amidst fat obstacles.Research is supported by the Dutch Organization for Scientific Research (NWO) and partially supported by the ESPRIT III BRA Project 6546 (PROMotion).     

柔性臂漂浮基空间机器人建模与轨迹跟踪控制

利用拉格朗日法和假设模态方法建立了末端柔性的两臂漂浮基空间机器人的非线性动力学方程．通过坐标变换,推导出一种新的以可测关节角为变量的全局动态模型，并在此基础上运用基于模型的非线性解耦反馈控制方法得到关节相对转角与柔性臂的弹性变形部分解耦形式控制方程．最后，讨论了柔性臂漂浮基空间机器人的轨迹跟踪问题，并通过仿真实例计算,表明该模型转换及控制方法对于柔性臂漂浮基空间机器人末端轨迹跟踪控制的有效性．     

基于神经网络的自由漂浮空间机器人关节空间鲁棒跟踪控制

针对存在不确定性以及干扰的自由漂浮空间机器人关节空间轨迹跟踪问题,提出了一种基于鲁棒控制思想的神经网络鲁棒控制方法.对于控制器中由系统惯性参数不确定性引起的非线性不确定项,利用径向基函数(RBF)神经网络进行逼近,并且利用鲁棒控制器使系统镇定并保证从干扰到跟踪误差的增益小于或等于给定的指标.最后,对本文提出的控制方案进...     

自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的轨迹规划

针对非完整约束导致的自由漂浮空间机器人广义雅可比矩阵动力学奇异性问题,提出一种间接求解机器人逆运动学的方案.该方案通过运动方程分解并构造迭代函数,将动力学奇异转换为运动学奇异问题,避免直接求解逆广义雅可比矩阵,解决广义雅可比矩阵动力学参数相关特性问题,仿真结果表明该方法能够有效地实现自由漂浮空间机器人回避动力学奇异的非完整轨迹规划.