卫星在轨自维护地面平台自主操作

提出了一种应用于卫星在轨自维护平台的视觉自主操作策略,阐述了标定、识别、定位及视觉伺服等关键内容。针对太空中变化强烈的光照环境,采用合作目标的方式对物体进行识别,并对识别算法进行了特别的设计以适用于卫星有限的计算能力。为了提高合作目标三维空间定位的精度,采用了一种合作目标亚像素精度定位的方法,为视觉伺服进行精确的操作奠定了基础。实验结果证明了此视觉自主操作策略的可行性。     

Dynamic surface control-backstepping based impedance control for 5-DOF flexible joint robots

A new impedance controller based on the dynamic surface control-backstepping technique to actualize the anticipant dynamic relationship between the motion of end-effector and the external torques was presented. Comparing with the traditional backstepping method that has “explosion of terms” problem, the new proposed control system is a combination of the dynamic surface control technique and the backstepping. The dynamic surface control (DSC) technique can resolve the “explosion of terms” problem that is caused by differential coefficient calculation in the model, and the problem can bring a complexity that will cause the backstepping method hardly to be applied to the practical application, especially to the multi-joint robot. Finally, the validity of the method was proved in the laboratory environment that was set up on the 5-DOF (degree of freedom) flexible joint robot. Tracking errors of DSC-backstepping impedance control that were 2.0 and 1.5 mm are better than those of backstepping impedance control which were 3.5 and 2.5 mm in directions X, Y in free space, respectively. And the anticipant Cartesian impedance behavior and compliant behavior were achieved successfully as depicted theoretically.     

分层码率控制策略在机器人遥操作中的应用

为实现卫星自维护遥操作系统中稳定可靠的视频反馈目标,提出一种基于分层码率控制的视频传输策略.利用实时探测到的带宽选择不同码率的视频流分层,使得视频传输对于不同的网络带宽具有自适应性.试验结果表明,该策略能够在波动带宽下给予遥操作者稳定流畅的视频反馈,有效地提高了遥操作系统的视觉临场感性能.     

基于DSP/FPGA的反步法阻抗控制柔性关节机械臂

针对柔性关节机械臂与环境接触时的柔顺控制问题,提出一种反步法阻抗控制方法,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的稳定性.该方法是在建立柔性关节机器人模型的基础上,将李雅普诺夫函数选取与控制器设计相结合的一种回归设计方法.它从系统的最低阶次微分方程开始,逐步设计满足要求的虚拟控制,最终设计出真正的控制器.轨迹跟踪和阻抗控制实验结果表明,该方法是有效而可行的.     

面向空间机械臂操作任务的模仿学习策略

为提高空间机械臂克服空间扰动的能力,降低关节力矩波动和能量消耗,提出了一种基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略.该策略分为两个阶段:第一阶段为基于高斯过程的模仿学习,利用运动学实例,采用高斯过程算法建立当前任务的运动模型,再根据当前环境,通过运动模型生成当前任务的期望轨迹分布.第二阶段为基于动力学约束的控制器设计,该控制器以第一阶段输出的期望轨迹分布为输入,以关节期望力矩为输出,在保证轨迹符合任务要求的同时,生成更加平滑的关节控制力矩.采用该模仿学习策略,用天宫二号空间机械臂在轨操控电动工具来定位螺钉,实验验证了该模仿学习策略的有效性.实验结果表明,与传统模仿学习加计算力矩控制的策略相比,采用基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略,机械臂的大负载关节力矩波动的峰-峰值可减少45%,波峰数可减少40%,能耗可减少31%,且关节力矩、加速度和速度更加平滑.该策略不仅克服了环境位置变化的不利因素,而且还降低了关节的力矩波动和能量消耗,提高了空间机械臂运行的平滑性,对高性能空间机械臂的在轨服务应用具有重要意义.     

基于虚拟现实的空间机器人遥操作地面实验研究

以空间机器人在轨服务为背景,建立了基于虚拟现实的机器人臂/灵巧手遥操作地面实验系统,模拟了空间机器人遥操作的情形.系统主要包括虚拟环境建模、人-机交互接口设计、机器人运动学建模和时延模拟环节.利用该遥操作系统,在模拟的地面-空间大时延（约10 s）遥操作条件下,完成了销孔装配的典型空间装配任务.验证了在结构化环境中遥操作时,虚拟现实技术克服大时延影响的有效性.     

一种七自由度冗余机械臂的奇异构形特征分析

总结了对七自由度冗余机械臂进行奇异性分析的常用方法,并引入了一种基于相关旋量抑制的方法。采用这种方法,对一种构型与加拿大臂2相同的七自由度冗余机械臂进行了奇异性分析,得出了七自由度冗余机械臂出现奇异时的5种情况。为了深入和形象地理解机械臂的奇异构形,针对每种情况进行了详细分析,得出了每种情况对应的奇异构形的几何特征,并用图解形式直观地给出了奇异构形的例子。     

基于DSP/FPGA的反步法阻抗控制柔性关节机械臂

针对柔性关节机械臂与环境接触时的柔顺控制问题,提出一种反步法阻抗控制方法,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的稳定性.该方法是在建立柔性关节机器人模型的基础上,将李雅普诺夫函数选取与控制器设计相结合的一种回归设计方法.它从系统的最低阶次微分方程开始,逐步设计满足要求的虚拟控制,最终设计出真正的控制器.轨迹跟踪和阻抗控制实验结果表明"该方法是有效而可行的.

     

一种新型主动视觉系统的研究

为了提高主动视觉平台的适用性、减小其复杂度,提出了一种新的主动视觉系统结构。利用摄像机作为传感器代替传统的跟踪器计算头盔的位姿。对头盔识别采用了合作目标的方式,提高了识别率和位姿计算速度。采用了一种合作目标亚像素精度定位的方法以提高合作目标三维空间的定位精度。利用PID算法对主动视觉平台进行姿态的控制。最后,实验结果证明了该方法的可行性。     

力反馈柔性虚拟夹具辅助遥操作

针对未知环境遥操作的操作安全性与操作性能之间相互矛盾的问题,提出并实现一种力反馈柔性虚拟夹具方法.该方法通过引入柔性系数调节机器人倾向于期望运动方向的程度,将离线任务规划与操作者手动控制的优势相结合,在获得一定的操作性能的同时,具有避开离线任务规划路径中障碍的能力,保证了遥操作的安全性.在此基础上,将虚拟力反馈方法融合...