空间机器人目标捕获的自适应规划

与地面固定基座机器人不同的是;空间机器人的运动学方程中含有动力学参数。在执行目标捕获任务时;目标动力学参数的不精确会给空间机器人的规划带来致命的影响。针对目标捕获后动力学参数不精确情况下的关节空间规划问题;在建立了自由飘浮空间机器人运动学模型的基础上;给出了雅可比矩阵及其动量守恒方程中的惯性参数以及惯性参数的组合参数线性化的具体形式;提出了一种关节空间的自适应规划方法。以平面二连杆空间机器人为研究对象进行仿真验证。结果表明;所提出的自适应规划方法可以有效降低惯性参数不精确给运动规划带来的影响;为空间机器人执行目标捕获等任务时提供了任务空间内精确轨迹跟踪的能力。
     

空间机器人捕获目标的自适应控制

本文首先推导了基座姿态受控空间机器人系统运动学关系,得到了广义雅可比矩阵。根据目标的运动来规划机械臂末端在惯性空间的期望轨迹。对机器人动力学和运动学关系进行线性参数化,分别对动力学待估参数和运动学待估参数设计在线修正律,在关键空间采用自适应控制。对于存在动力学参数不确定性的机器人系统,该自适应控制算法保证了系统的渐近稳定,在完成目标捕获任务的同时,控制基座姿态保持在期望范围之内。以平面两关节空间机器人系统为对象进行了仿真,结果表明了算法的可行性和有效性。     

空间机器人目标捕获过程中碰撞运动分析

针对空间机器人目标捕获过程中的碰撞问题,提出了一种碰撞运动分析算法．基于空间机器人运动学和动力学模型,利用碰撞过程中产生冲量的原理建立了碰撞动力学模型．针对具体的碰撞模型,利用空间解析几何的方法进行了空间机器人与目标物之间的碰撞检测,设计了碰撞发生后机器人的运动分析算法．最后,通过仿真实验验证了该算法的正确性和适用性．     

自由漂浮空间机器人捕获目标的协调控制

针对空间机器人目标捕获任务,为提高控制效率并节约燃料,提出了基座自由漂浮下由空间机械臂自身的控制实现机械臂与基座协调运动的方法．首先分析了自主捕获的典型控制任务类型,得出相应的控制目标及对机械臂自由度数的要求．然后,建立了基座自由运动和基座姿态稳定/调整下的目标抓捕、视觉监测、位置跟踪等不同需求下的微分运动学方程,并将这些方程表示为统一的运动学模型．基于此,采用分解运动速度控制方法实现各种任务下的控制目标．最后建立了仿真系统,对所提方法进行仿真验证．结果表明了方法的有效性．     

空间机器人捕获动力学与控制

空间目标的在轨捕获是航天器在轨服务的重要内容,无论是太空碎片清理还是对航天器进行维修等,都首先需要解决捕获这个极具挑战性的问题.本文对空间机器人捕获空间目标的动力学与控制问题进行综述,首先介绍国内外主要的空间机器人计划,然后介绍捕获前、捕获中、捕获后三个阶段的动力学与控制问题,寄望于本文内容能够对从事空间机器人技术研究的学者有所裨益.     

空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法

针对目标以任意轨迹运动且其轨迹可能与``有保证工作空间'不相交的问题, 提出了空间机器人捕获运动目标的协调规划与控制方法. 首先, 根据手眼视觉测量数据, 预测目标的运动路径, 由此确定空间机器人对目标的最优交会姿态及最佳捕获臂型; 其次, 规划基座姿态及机械臂关节角的轨迹; 最后, 采用协调控制的方法, 实现空间机器人系统对运动目标的最优捕获(以最优交会姿态及最佳捕获臂型对目标进行捕获). 仿真结果表明了该方法的有效性.     

空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法

提出了基于立体视觉的空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法,包括图像处理与特征提取、3D重构及位姿测量、自主规划与控制等．同时,还建立了一套仿真系统,可进行包括图像采集、位姿测量、追踪星GNC、空间机器人规划与控制、航天器动力学计算等在内的闭环仿真．仿真结果验证了算法的有效性．     

外部扰动下空间机器人基于扰动观测器的鲁棒控制

针对参数不确定及存在外部扰动的情况下,载体位置不控、姿态受控的漂浮基空间机器人末端抓手轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于扰动观测器的鲁棒控制方法.结合动量守恒定律,采用拉格朗日第二类方程建立了系统动力学方程.假设外部扰动是随时间变化的未知量,设计了扰动观测器估计由外部干扰和参数不确定构成的总扰动,并基于估计的总扰动引入扰...     

空间绳系机器人在轨捕获视景仿真系统设计

针对空间绳系机器人在轨捕获可视化的问题,把绳系机器人的控制系统引入仿真环境,基于Vega平台开发了路径规划运动方式和实时接收数据运动方式相结合的空间绳系机器人在轨捕获仿真系统;利用Pro/Engineer和Creator建立了场景模型,实现了绳系在空间展开和视觉伺服效果的模拟,并对捕获过程进行了实时仿真;仿真结果表明,该系统能够直观显示控制系统的控制效果,能够成功演示空间绳系机器人对目标卫星的捕获,满足实时性要求。     

空间网状捕获接口的等效抓捕控制

在空间大型机械臂在轨抓捕过程中,其关节柔性及长臀杆的变形会产生较大的末端跟踪及定位误差,因此很难实现成功抓捕.为此,本文研制了一种空间应用的网状捕获对接接口,提高了大臂末端执行器在大定位误差下的抓捕能力.同时,为了提高末端执行器与目标之间的非相对零速情况下的抓捕性能,利用等效抓捕的思想避开了抓捕过程中捕获接口对目标抓钩纠偏力建模复杂的问题,将问题简化为对目标抓钩端点在捕获面上投影的位置跟踪问题,实现了在末端执行器与目标具有一定的相对逃逸速度的情况下的成功抓捕.实验表明,利用本文提出的控制策略增大了网状捕获接口的抓捕容差范围,从而验证了本文提出的控制策略的何效性.     

Modular Reconfigurable Robots in Space Applications

Robots used for tasks in space have strict requirements. Modular reconfigurable robots have a variety of attributes that are well suited to these conditions, including: serving as many different tools at once (saving weight), packing into compressed forms (saving space) and having high levels of redundancy (increasing robustness). In addition, self-reconfigurable systems can self-repair and adapt to changing or unanticipated conditions. This paper will describe such a self-reconfigurable modular robot: PolyBot. PolyBot has significant potential in the space manipulation and surface mobility class of applications for space.     

Vision Based Target Tracking and Collision Avoidance for Mobile Robots

A real-time object tracking and collision avoidance method is presented for mobile robot navigation in indoors environments using stereo vision and a laser sensor. Stereo vision is used to identify the target and to calculate its relative distance from the mobile robot while laser based range measurements are utilized to avoid collision with surrounding objects. The target is tracked by its predetermined or dynamically defined color. The mobile robot’s velocity is dynamically adjusted according to its distance from the target. Experimental results in indoor environments demonstrate the effectiveness of the method.     

A Ground Experiment System of Free-floating Robot For Capturing Space Target

Technology for the capturing of space target is very important for on-orbit servicing. In order to assure the task is accomplished successfully, ground experimentations are required for the verification of the planning and control algorithms of space robotic system before it is launched. In this paper, an experiment concept is used, which is a hybrid approach, i.e. it combines the mathematical model with the physical model. The key issues of the concept are dynamic emulation and kinematic equivalence, in which the behaviors of the space robotic system are calculated by its dynamic equations. The motion of its end-effector and the space target is realized by two industrial robots. According to different observation spots, two modes of capturing process are emulated: one is observed from the inertial frame, the other is from the space base. Based on the concept proposed above, a ground experiment system is set up, which is composed of two industrial robots, a set of global visual system and five industrial computers. Using the system, algorithms of space robot of any geometry and mass properties can be tested. As an example, the autonomous trajectory planning algorithm is verified by the experiment of capturing a moving target. Moreover, a real-time 3D simulation system is developed to emulate the capturing process in 3D space. Numeric simulation and experiment results show that the ground system is effective in evaluating the planning and control algorithms of space robot.     

面向服务机器人的智能环境服务构件开发方法

针对服务机器人应用需要,引入基于构件的开发方法,设计了一种支持和增强服务机器人功能的智能环境服务构件系统.制定了服务构件的基本组成结构与交互模式,实现了机器人的跨平台服务调用,有效解决了资源多样异构性带来的问题.服务构件将资源辅助功能封装成共享服务,借助智能环境通信网络,基于规范的服务接口和说明,提供开放的服务访问和调用.它可以被独立地部署并由第三方任意组合应用.本文分别从辅助资源端和服务机器人客户端出发,详细论述了应用web service(WS)中间件技术开发服务构件和服务调用程序的基本原理,并给出了实验验证.     

自由飘浮空间机器人运动规划研究综述

本文介绍了自由飘浮空间机器人的运动学特性;从避奇异点规划、姿态调整规划和协同控制规划三个方面总结了自由飘浮空间机器人的运动规划研究现状,并对现有方法的局限性进行了分析;最后给出了自由飘浮空间机器人运动规划下一步需要研究的问题与解决思路。     

基于分布式控制系统的空间大型末端执行器抓捕策略

针对空间大型机械臂冈其关节和臂杆柔性带来的抓捕前定位问题,为一种具有柔性捕获接口的新型末端执行器设计了分布式控制系统,并建立了以捕获环收缩速度为主要控制对象的抓捕策略,可实现稳定且高效的抓捕.其中,该控制系统由传感器单元、上层控制单元和3个模块化的底层驱动单元组成.传感器单元和底层驱动单元集成在末端执行器内部,采集系统...     

空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展

随着空间机器人和交会对接等技术的不断成熟,在轨服务将成为各种航天器寿命延长、能力升级以及轨道垃圾清理的重要手段.目前在轨的航天器、太空碎片等都是非合作目标,即没有安装用于测量的合作标志器和便于抓捕的手柄等,对此类非合作航天器的在轨服务己成为近年来研究的热点.本文首先分析了空间机器人非合作航天器在轨服务的任务特点,介绍了其应用前景;然后对主要航天大国的发展现状进行了综述,归纳了非合作在轨服务的关键技术;最后,对未来的发展趋势进行了展望.     

Snort入侵检测系统中数据包捕获模块的分析与设计

随着网络的高速发展,网络带宽得到了极大的提升。高速网络环境下对入侵检测系统提出了更高的要求,其中入侵检测系统的数据包捕获能力成为其发展的瓶颈。目前大多数系统使用传统的Libpcap库来实现数据包捕获功能,文章对一个基于Snort入侵检测系统中数据包捕获模块进行了分析设计,给出了设计架构,详细说明了工作流程,并对系统的性能进行了对比分析。