单臂式空间机械臂捕捉空间目标问题研究

以空间机械臂系统的动量守恒关系式为基础,对空间机械臂抓取空间目标过程中的碰撞问题进行了分析,提出了“直臂抓取”与“广义直臂抓取”概念,详细推导了满足基座质心、系统质心及工作端点共线的机械臂构型,得到了碰撞力方向矢量与基座、系统质心重合的角度关系式．满足关系式的空间机械臂构型可有效的减少碰撞力对于系统角动量的影响,进而避免混合体控制问题的关节限制与力矩限制．通过仿真验证了方法的有效性．     

任务空间内空间机械臂的自适应控制

对于本体姿态受控而位置不受控的空间机械臂系统,本文在任务空间内给出了一种自适应控制算。证明了当系统存在参数不确定性时,该算汉不但可以保证末端招待器在任务空间内的位置轨迹跟踪误差渐近收敛,而且还可保证在关节空间的角偏差及角偏差速率渐近收敛。仿真结果验证了算法的有效性。     

空间柔性机械臂的逆动力学仿真

本文针对空间柔性机械臂的非线性动力学模型，在最优控制理论的基础上，运用Ｇｉｌｌ法和打靶法相结合，得到大质量负载情况下柔性机构臂的最优驱动矩。以单性机械臂为例进行了动力学仿真，仿真效果好，结果证明方法正确可靠。     

基于Matlab机械臂力控系统仿真研究

以位置控制为主的机械臂控制方法已不能满足某些复杂环境（装配、抛光、去毛刺）的应用要求,控制机械臂与环境间的接触力已成为机器人学研究的一个热点。提出一种在Matlab/SimMechanics环境下平面二自由度机械臂力控制的仿真研究方法。在平面中模拟机械臂与环境的接触面,设计振荡抑制控制器,实现机械臂与环境间接触力的控制,以及机械臂与刚性环境碰撞接触过程中冲击振荡阶段的振荡抑制,生成机械臂期望的运动轨迹。仿真结果表明,该方法可实现特定作业下机械臂与环境间接触力的控制。     

基于免疫遗传算法的冗余空间机械臂设计

空间机械臂的工作任务特殊,工作环境极其恶劣,因而提高空间机械臂的可靠性显得尤为重要。冗余是提高机械臂可靠性的重要方法,寻求实用的故障容错冗余机械臂设计方法是论文研究的核心内容。冗余机械臂设计是多参数、多模态、非线性设计问题,用传统的优化方法难以解决。论文模拟抗体搜索机制,结合免疫网络理论,用抗体表示函数优化解的可能模式,通过克隆算子完成全局搜索,利用B细胞网络保持抗体的多样性。通过实际设计表明,算法是可行有效的。     

模块化超冗余度空间机械臂的设计与实验

针对空间在轨服务任务需求设计了一种9自由度的模块化超冗余空间机械臂。该机械臂由9个相同的机械臂关节构成,其关节数量可根据任务要求进行调整。模块化关节采用一体化设计,关节内部合理地布置了机械传动部分与电气部分。基于改进的Bi-RRT算法和建立的机械臂的正逆运动学模型,机械臂进行了穿越复杂障碍环境的仿真和实验,实验结果表明该机械臂可以灵活地穿越障碍环境。基于阻抗控制算法,分别采用该机械臂进行了写字实验和恒力保持实验,实验结果表明机械臂具有良好的力控制能力。实验验证了该机械臂具备在复杂空间环境中执行在轨服务的能力。     

基于OSG的空间机械臂三维仿真平台的设计与实现

为了实现空间机械臂路径规划算法的可视化仿真,采用OSG技术,开发了一个实用方便的空间机械臂三维仿真平台;该仿真平台在VS2005开发平台上,基于QT框架类和OSG的图形库进行开发,将仿真平台系统框架分为了OSG仿真界面,任务管理,数据管理和路径规划四个模块并设计了人机交互界面;最后,通过典型的仿真实验对仿真平台进行了测试,有效地验证了空间机械臂单臂路径规划算法和双臂协调路径规划算法的正确性以及空间机械臂三维仿真平台的可行性。     

空间机器人的动力学等价机械臂DEM

本文讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人等价成一个通常固定基座上 机器人，本文将之定义为动力学等价机械臂方法。本文阐述了ＤＥＭ方法的理论推导过程，展示了动力学与运动学的等价性，并通过仿真验证了在闭环控制下ＤＥＭ与空间机器人的等价性。     

空间机器人的动力学等价机械臂

讨论了如何将一个自由飘浮空间机器人(SM)等价成一个通常固定基座上的机器人,将其定义为动力学等价机械臂(DEM),并阐述了DEM与SM运动学与动力学的等价性.通过仿真验证了在闭环控制下DEM与SM的等价性.     

空间机械臂全局反作用优化及其地面试验研究

针对空间机械臂在运动过程中对其基座产生力／力矩反作用这一问题进行了分析,并提出一种关节轨迹参数化的全局反作用优化方法,用于减小机械臂的反作用力／力矩．基于气浮轴承方法,建立了3自由度空间机械臂反作用优化地面实验系统．最后,采用3自由度机械臂验证了该方法的有效性．     

基于等效惯量模拟的空间站转位机械臂承载性能测试

由于地面模拟真实舱体大惯量负载较为困难,且实现体积庞大,本文提出了一种基于等效惯量模拟的空间站转位机械臂承载性能测试方法,设计了一种基于气浮增速机构的惯量模拟器,并根据等效动力学原理建立了惯量模拟器等效负载数学模型,减小了负载惯量,降低了其空间微重力运动环境模拟难度,实现了空间机械臂承载性能的有效测试.最后通过仿真计算验证了测试方法与空间转位过程的一致性.仿真结果表明,腕关节和肩关节输出力矩与空间转位时输出力矩最大误差分别为4.61%和1.33%,腕关节和肩关节的惯量模拟误差分别小于4.52%和1.03%,证明该方法可有效地对转位机械臂进行承载性能测试.     

一类空间机械臂系统的自适应控制与鲁棒控制

讨论载体位置与姿态均不受控制的自由浮动空间机械臂系统的控制问题。基于增广列反馈控制模型,提出当载荷参参数不确定时空间机械臂追踪惯性空间期望轨迹的自适应和鲁棒控制方法,通过仿真运算,证实了方法物有效性。     

空间机械臂在线实时避障路径规划研究

针对目前空间机械臂避障路径规划算法计算量大难以达到在线实时规划的缺点,对空间机械臂的在线实时避障路径规划问题进行了研究和探讨。采用规则体的包络对障碍物进行建模,并借助C空间法的思想,把障碍物和机械臂映射到两个相互垂直的平面内,将机械臂工作空间的三维问题转化为二维问题,并结合二岔树逆向寻优的方法进行路径搜索,从而大大减少了计算量,达到了在线实时规划的要求。最后在空间机器人仿真系统上对其进行了仿真研究,验证了该方法的可行性。     

空间机械臂操控技术研究综述

考虑到空间机械臂在执行在轨维修、在轨组装、在轨加注等复杂危险的空间任务时,其精准、灵巧的操控技术的重要性,从不同类型空间机械臂构形、末端执行器出发,分析了空间机械臂的发展趋势。综述了空间机械臂操控过程中涉及的5项关键技术,包括：交会对接与捕获技术、自主规划与智能控制技术、传感与感知技术、智能协同与操控技术及系统安全保障技术。最后,就现有的空间机械臂在操控过程中面临的问题,提出未来的发展方向及展望。     

空间机械臂地面竖直方向重力补偿控制系统设计

为解决大型空间机械臂地面微重力模拟实验问题,设计了一种3维主动悬吊式重力补偿系统.系统主要由水平2维直线运动单元与竖直重力平衡吊挂单元组成,在竖直方向上通过恒张力控制思想实现微重力模拟,并给出了带负载的伺服电机的数学模型.提出一种基于模糊PID(比例―积分―微分)参数整定的力/位混合控制方法,并研究了在未知负载干扰、系统干扰以及机械臂不同运动速度下控制器的控制性能.仿真实验结果表明,该控制方法能够将重力补偿精度保持在0.3%F.S (全量程)之内,使得系统具有较强的鲁棒性和动态响应能力.     

空间机械臂电磁制动器温升最优设计及热真空实验

采用遗传算法几何惩罚函数的方法对空间机械臂制动器电磁线圈温升进行了优化设计.首先针对空间机械臂电磁制动器对电磁力、电流以及磁场强度的限制要求,以温升为目标推导出优化模型.然后针对优化模型约束非线性问题,提出遗传算法结合惩罚函数的优化方法.本方法可在解决全局优化问题的同时保证计算过程中的解总是可行解.优化结果显示,线圈温升大大降低.最后,将制动器置于热真空环境模拟设备中,测出电磁制动器线圈温升曲线.实验结果显示,测得温升值与优化设计得出目标温升值基本吻合,验证了方法及设计的正确性.