基于滑模控制的空间机器人软硬性抓取

采用滑模控制对空间机器人捕获漂浮目标的软硬性抓取进行研究。空间机器人捕获漂浮目标时,由于机械臂与基体的动力学耦合、抓取时的碰撞激振等非线性特性使得抓取控制变得复杂而重要。建立空间机器人及漂浮目标的动力学模型,而后引入末端装置抓取目标时的碰撞模型,并引入动态抓取域用于机械臂抓取目标时的控制,随后应用滑模控制及基体姿态控制,以减小抓取碰撞冲击对系统的冲击干扰。滑模面参数表征了机械臂保持及跟踪状态的抗冲击能力,可通过其灵活改变机械臂刚性以获取不同抓取性态,包括接触式硬抓取及碰撞式软抓取。仿真表明,空间机器人捕获漂浮目标过程中,硬抓取能保持机械臂刚性,且关节变化小,末端抓取为持续接触;而软抓取时,机械臂受冲击而随动耗能,关节变化大,但对目标位置及基体姿态的冲击小,均约为硬抓取的50%。抓取性态的研究对空间机器人的捕获操作有着重要的理论及工程价值。     

空间抓取装置性能综合分析及评价

根据抓取目标的性质,将空间抓取装置分为合作目标抓取装置和非合作目标抓取装置两类;根据抓取的方式,将空间抓取装置分为刚性、柔性和刚柔混合抓取装置3大类。结合典型的空间抓取装置,对各类空间抓取装置的原理、特点和应用范围进行了分析。为了对各种空间抓取装置进行综合的评价,给出了7个空间抓取装置性能的评价指标,并给出了相应的评价方法,它可以对空间抓取装置的抓取能力、可靠性、后续操作、自身质量与体积、在轨服务寿命等方面的性能进行评价,为空间抓取装置的设计提供了理论参考。     

基于仿生学的柔性抓取装置设计

为应对海参需求量的增加,提高捕捞海参机械化程度,对海参抓取装置进行仿生设计。以刺参为抓取目标,提出抓取装置设计要求;将多棘海盘车作为仿生对象,基于系统结构仿生方法进行形态特征提取,并与功能进行耦合,以刺参形态特征为设计变量建立了3腔室、4腔室和5腔室的柔性抓取装置模型;通过有限元软件ABAQUS对手指单元抓取不同规格的刺参进行静力学仿真分析,给出腔室数、刺参尺寸、气压和抓力间的函数关系。结果表明：在满足抓取要求的前提下,4腔室需要的气压值范围为7.68～38.31 kPa, 5腔室需要的气压值范围为7.66～37.47 kPa, 5腔室相比4腔室,最低气压下降0.2%,最高气压下降2.2%。可见,设计的5腔室柔性抓取装置满足设计要求,可为海参柔性抓取装置的设计提供依据。     

线驱动柔性臂捕获装置的多体动力学特性分析

以线驱动柔性机械臂捕获装置为研究对象,提出了一种多柔体动力学建模方法,分析了捕获装置抓取目标物体过程中的动力学特性。首先,基于拉格朗日方程和有限元方法,建立多柔体动力学模型;其次,进行计算模型与实物柔性臂运动轨迹和变形状态的验证;最后,通过动力学仿真分析柔性机械臂装置在捕获目标物体的过程中的形态变化,以及驱动力和阻尼比对柔性臂捕获范围的影响。     

力抓取的接触力建模与可行抓取力分析

为了解决操作机和夹持系统性能设计中可行抓取力和承载条件计算问题,研究过约束、超静定条件下的接触力建模和抓取分析方法。基于抓取的接触动力学约束,采用拉格朗日乘子方法建立摩擦抓取的约束力求解模型。讨论超静定抓取中接触约束的不确定性。通过识别可行速度集合与约束力集合的旋量基及其张成的子空间,给出表达摩擦接触约束力可行解的主动内力子空间结构,即物体所受内力子空间与可调整驱动力的交集,通过对接触处约束力旋量系统的双重正置运算,识别出内力旋量系及其张成的子空间,使得能够显式计算动态平衡条件下的可行接触力集合,建立动态载荷作用下可行抓取力与承载力的求解方法。     

适应于水下抓取作业柔性臂的设计与试验研究

传统关节式水下作业机械臂存在作业灵活性受限、控制复杂等不足，为此，文中提出并研发了一种适应于水下作业、柔索驱动的柔性机械臂。通过采用对角线耦合轮系驱动，实现了一个电机控制两根驱动钢丝，并减少实际所需电机的数量；采用几何分析法建立了柔性臂驱动绳长、关节弯曲角度与末端位姿的运动学关系，并建立柔性臂运动学模型；采用MATLAB软件进行手臂运动仿真，得到柔性臂的仿真姿态与工作空间；通过ADAMS软件对柔性臂进行运动仿真，验证了算法的可行性，确定了手臂关节的最优尺寸。制造出实物样机，对其手臂动作灵活性、柔顺性进行测试，完成了气密性试验和水密性试验，并成功在水下环境对目标物进行抓取，验证了柔性臂机械系统结构的可靠性和可行性。该柔性臂不仅能满足水下环境抓取作业需求，还可以应用于各种受限空间、危险场景的抓取和检测作业。     

腱绳驱动机械手的设计及其柔性抓取控制

为了实现机械手稳定的自适应抓取目的,需要加强对抓取信息的感知处理,同时设计柔顺的力控抓取算法。针对不同尺寸、外形、材质的物体对抓取姿态和力度要求各异的问题,提出了一种腱绳驱动的柔性三指机械手方案及对应的柔性抓取力控算法(导纳力控算法)。首先,设计了一种腱绳驱动柔性机械手指,提出了一种往复式缠绕的腱绳传动线路,制作了柔性机械手的实物;其次,采用改进Denavit-Hartenberg(DH)法,建立了机械手指的运动学模型,利用MATLAB的机器人工具箱,分析了手指的自适应包络能力;然后,设计了适配机械手驱动的导纳控制算法,通过在实物上的程序实现和控制测试对机械手的柔性力控性能进行了验证;最后,搭建了柔性机械手的软件控制平台和实机实验平台,对不同目标物体进行了实物抓取实验,对柔性机械手的稳定抓取能力进行了验证。研究结果表明：该往复式缠绕传动线路和导纳力控算法可保证该机械手在面对不同尺寸、外形、材质的物体时,具有抓取形状的高自适应性和抓取力的高柔顺性;在抓取过程中,机械手的手指可以自适应地包络目标,并借助导纳控制算法柔顺地控制抓取力,进而完成稳定、可靠的抓取任务。     

设施农业组培筐深位抓取装置设计与试验

针对现有设施农业栽培架单层存放深度浅,利用率不高,搬运需要大量劳动力等问题,设计了一种设施农业组培筐抓取装置。通过建立三维模型,初步确定方案可行性;基于接触动力学模型和非线性连续碰撞理论,提出了抓持过程中碰撞力的计算方法;对卡爪与物件的碰撞力进行动力学建模,通过ADAMS运动仿真,对搬运装置进行参数优化设计。最后搭建实验平台,通过试验表明,该抓取装置能够实现栽培架上的组培筐搬运,同时得到优化后的运动规律。     

酒醅抓取机械臂轨迹规划研究

酒醅出料工作是酿酒业生产环节中的必要工序,利用机械臂实现其自动化工作的难点包括工作空间狭长、酒醅形态松散易洒落。工作空间狭长,抓取末端需要进行多次抓取;易洒落,需要保证抓取末端的密闭性和抓取后运动过程中抓取末端姿态的可控性等。针对出料工作需要多次抓取的问题,提出了一种关节划分策略。依据关节重要性,划分关节类型并选择合适次数的轨迹规划算法;在满足机械臂运行性能的前提下,降低了每次抓取规划的计算难度。针对抓取末端的密闭性要求,设计了一种可以保证底部密闭的抓取末端。针对运行过程中对姿态可控性的要求,建立姿态调整模型,提高了机械臂基于关节空间下运动规划时末端姿态的可控性。     

大容差空间合作目标捕获对接装置设计的研究

空间合作目标的捕获与对接技术是航天领域特别是空间在轨服务任务中一项关键技术,在役航天器的维修、补给,失效航天器的回收及离轨报废都与此紧密相关。介绍了一种基于空间连杆-柔性索捕获机构,与锥套-导引销对接定位形式的空间合作目标捕获对接装置的设计方案,可以实现大容差、较柔顺、高刚度、高可靠与6DOF精确定位的捕获对接动作,并建立任务星与目标星的电气连接与流体传输通道。通过对该装置的设计变量进行几何分析,为各参数的合理化设计提出思路,以达到更优秀的性能参数。     

液压木材抓具评价指标的研究

提出了卧式液压木材抓具评价指标：比重量、比包容面积、比压力、协调性.利用这些指标可以比较完整地评价液压木材抓具.文中对我国设计生产的两种液压木材抓具进行了综合评价,并与国外同类型的木材抓具进行了对比.可以看出,国内外液压抓具的评价指标相差不大,基本属于同一水平.     

汽车零部件企业应抓住“土豆效应”求发展

当前，新一轮的金融危机使世界经济深度下滑已成定局，发达国家经济普遍衰退，发展中国家未来受到的影响可能比发达国家更严重。