空间机械臂捕捉目标的碰撞力问题分析

基于空间机械臂系统的动量守恒关系,提出了"直臂抓取"概念以及一种空间机械臂构型规划方法,利用规划方法得到的空间机械臂构型进行目标捕捉,可有效的减少碰撞后机械臂系统的耦合角动量、转铰角速度,进而减轻碰撞后混合体控制问题的负担,克服了一些控制算法存在的关节限制与执行机构力矩限制缺陷。仿真证明了方法的有效性。     

漂浮基空间机械臂的自适应控制方法

讨论了载体位置与姿态均不受控制情况下,漂浮基空间机器人系统的控制问题。结合系统动量守恒关系进行的运动学、动力学分析表明,可以得到一组与适当选择的惯性参数呈线性函数关系的、欠驱动形式的系统动力学方程。以此为基础,设计了系统参数未知情况下,由本体姿态期望运动及机械臂末端抓手惯性空间期望运动轨迹产生机械臂关节铰期望角速度、角加速度的自适应控制算法,该控制方案的优点在于,不需要反馈、测量漂浮基的位置、移动速度及移动加速度。     

空间机械臂地面实验系统

为了测试可重构空间机械臂的性能,开发了空间机械臂地面实验系统.该系统采用气浮轴承实现空间机械臂的3维运动,该方法不需要对空间机械臂结构进行改造,且易于实现.采用该系统可以测量空间机械臂的整体性能,包括整体功耗测试,运动学、逆运动学算法验证及位姿精度测试.提出了一种基于三坐标测量机的空间机械臂位姿精度的测量方法,该方法操作简单、方便.基于上述方法建立了6自由度空间机械臂的地面试验系统,测试结果表明空间机械臂的功耗、绝对定位、定姿精度等指标均满足设计指标要求.     

机械臂关节空间Bezier曲线轨迹规划

为使机械臂轨迹便于分段处理,形成速度快,用于实时控制,在关节空间中使用Ｂｅｚｉｅｒ曲线对机械臂进行轨迹规划。从轨迹的一阶导数,二阶导数连续出发,推导出２段Ｂｅｚｉｅｒ轨迹拼接时其对应特征矢量应满足的关系,推导出Ｂｅｚｉｅｒ轨迹规划的边界条件,并通过不同型值点的３个算例与分段３次样条轨迹进行比较,应用Ｂｅｚｉｅｒ方法进行轨迹规划的优点为它的分段处理性,计算快速性以及计算机内存的较少占用。     

空间柔性机械臂大负载情况下的动力学仿真

对大质量负载下柔性空间机械臂进行了动力学数值仿真，根据由拉格朗日公式推导出的一杆和平面二杆的非线性模型，采用变步长四阶龙格—库塔法计算，得到大负载下机械臂的运动情况，仿真结果精确可靠，实时性强．     

基于最优控制的空间机械手运动规划研究

利用多体系统动力学方法导出机械手系统非完整约束方程,再根据最优控制方法,讨论空间机械手系统载体姿态与机械手关节运动的优化控制问题,并通过仿真算例验证了该方法的有效性。     

带空间机械臂的航天器三维姿态运动控制

航天器系统在忽略外力矩作用时,系统对总质心的角动量矩守恒使其成为非完整系统.利用这一特性讨论了带空间机械臂的刚体航天器三维姿态运动的控制问题.栽体姿态引入Calay参数,导出带空间机械臂的刚体航天器姿态运动的数学模型,利用遗传算法进行优化控制计算.通过数值仿真,表明该方法对航天器姿态控制是有效的.     

机械臂关节空间B样条曲线轨迹规划

在关节空间使用Ｂ样条曲线对机械臂进行轨迹规划,并与分段３次样条曲线进行比较,用Ｂ样条方法进行轨迹规划的具有分段处理性,计算速度快,以及计算机内存占用较少等优点。     

基于模糊补偿的连续型空间机械臂预定时间控制

针对多节线驱连续型空间机械臂系统,在考虑存在外界时变干扰与参数不确定的情况下,提出基于模糊补偿的预定时间姿态控制方法. 设计模糊估计器估计系统切换增益,补偿未知有界总干扰. 基于预定时间稳定性理论,结合滑模控制,提出预定时间控制方法,使机械臂系统在预先设定时间内到达稳定状态. 与基于有限时间理论的控制方法相比,所提基于预定时间控制方法的稳定时间与系统初始状态无关,可以根据实际系统需求预先设置,并且所提方法在系统收敛速度与精度上具有更优的控制性能. 基于Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定性. 仿真结果表明,所提控制方法使系统姿态角误差快速收敛,并且预定时间稳定.     

一种新型空间蛇形机械臂运动学特性研究

针对当前空间机械臂存在的工作空间较小、灵活度较低等运动学方面的问题,提出了一种新型空间蛇形机械臂,取代传统的空间机械臂,并以此为研究对象,对其工作空间和灵活度等运动学特性开展了建模与仿真分析。仿真结果表明,空间蛇形机械臂在臂杆数目较少的情况下,可以提高自身的运动学冗余度,避免由于动力学奇异特性带来工作空间减小的缺陷,增大机构自身的路径无关工作空间的范围,同时可以有效地增加臂杆末端操作的灵活度。     

基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识

随着空间技术发展,交会对接任务越来越多,服务航天器与目标航天器对接形成组合航天器后惯性参数会发生明显变化。因此,提出一种基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识方法。该方法可以分为2步:第一步辨识组合航天器的质量和质心;第二步辨识组合航天器的惯性张量。该方法优点是实现了质量、质心与惯性张量等辨识参数的相互解耦,不需要消耗航天器上宝贵的喷气燃料,仅需要测量航天器的速度,而不是加速度和力。仿真结果验证了方法的有效性。     

Trajectory Optimization for 7-Dofs Space Manipulator

The space manipulator is always designed to have 7 degrees of freedom (Dofs) with the consideration of energy limitation, as well as the flexible moving possibility. Therefore, how to plan the trajectory is important to improve the performance of the manipulator. In this paper, the speed of the end effector is configured as a projecting parameter, when a constant acceleration is applied to adjust the velocity. To implement this trajectory planning strategy, an optimization algorithm through the pseudo inverse of Jacobin matrix is designed, which adjusts the weight functions of joints. According to the functional theory, this algorithm is analyzed and the optimal solution is found in numerous sets of planning. A MATLAB simulation platform is established and the results verity the effectiveness of the algorithm.     

气动柔性五指机械手运动空间与抓取实验研究

设计了一种气动柔性五指机械手,采用单驱动型和多驱动型单向弯曲柔性关节作为单自由度手指关节,可完成多自由度抓、握、捏等人手灵活动作;搭建机械手运动学实验平台和抓取实验系统,利用3D运动捕捉系统,得到了机械手各手指运动空间,机械手可稳定抓取日常生活中不同外形和质量的物体,验证了其有类似人手的抓取能力。实验结果表明：机械手各手指基本完成了设计要求,实现各自抓取功能,具有良好的柔顺性和适应性。     

空间机械臂输出反馈抗饱和PID控制算法设计

针对输入受限影响下的空间机械臂的输出反馈全局渐进稳定控制问题,采用一类正切双曲线作为饱和函数,提出了一种新的输出反馈抗饱和非线性比〖JP9〗例-〖JP〗积〖JP9〗分-〖JP〗微分（PID）控制算法,该算法能够实现饱和非线性影响下的空间机械臂闭环全局渐进稳定控制. 基于Lyapunov和LaSalle的不变集理论验证了闭环系统在平衡位置上的全局渐进稳定性,并确定保证全局渐进稳定的输入条件. 通过两自由度平面机械臂仿真验证了该算法的有效性.     

空间机械臂在轨快换高精度模块化关节的研制

研制了一种高输出力矩可实现高速比、高控制精度的在轨可维护模块化关节。首先对高负载空间机械臂进行了动力学仿真,计算出关节力矩需求。其次,确定直流无刷舵机串联谐波减速器的传动方案。直流无刷舵机本身的齿轮传动误差经过谐波传动可以忽略,又有效提高了速比;输出端谐波减速器使关节在满足力矩需求的同时,具有很高负载自重比和传动精度,整个关节的机械回差可控制在1 arc min以内。在机械精度得以保证的同时,设计了基于FPGA的空间机械臂关节硬件控制器,完成高精度传的感器信息采集处理以及关节的闭环控制,以达到3 arc min以内的闭环控制精度指标。另外,为保证此关节长期在轨服役需求,设计了在轨可更换功能以及在轨手动驱动功能;所有控制电路集成于关节内部,实现机电一体模块化,便于在轨整体拆换。最后以关节样机为实验对象,搭建关节负载-精度测试平台,通过PD控制得出关节闭环控制精度,验证了设计的正确性。     

冗余复合构型微创手术机器人定位方法研究

根据冗余复合构型微创手术机器人兼具冗余关节和被动关节的特点,提出了一种针对此类复杂多自由度机器人的定位方法。首先分析了机器人构型特点,然后利用D-H法建立了机器人运动学方程,并结合临床实际,确定冗余关节角,将运动方程进行退化,得到合理的运动学逆解和定位角。利用微型磁定位传感器进行被动关节臂实时位形测定,开发出机械臂定位界面,提示操作者进行定位和臂形设置。实验结果表明,定位方法可行,可视化效果好,适于临床操作。     

Obstacle Avoidance Method for a Redundant Manipulator Based on a Configuration Plane

This paper presents a novel approach of obstacle avoidance for redundant manipulators, which is challenging with the considerations of the building of universal kinematics, the formation of dynamics, and the generation of trajectories. A universal approach to deal with obstacle avoidance for the redundant manipulator, that is based on the configuration plane, is presented. The paper also examines common serial robot configurations and introduces a method for classification, partitioning, simplification, and forms of expression used in the workspace to define the configuration plane. This relatively new method is combined with a weighted space vector method to match the configuration plane and solve the inverse kinematics problem. The proposed planner is demonstrated with examples, in which the proposed planner is shown to be capable of providing a smoother trajectory.     

Hardware-in-the-Loop Simulation System for Space Manipulator Docking: Model, Stability and Experimental Evaluation

A manipulator-type docking hardware-in-the-loop( HIL) simulation system is proposed in this paper,with further development of the space docking technology and corresponding requirements of the engineering project. First,the structure of the manipulator-type HIL simulation system is explained. The mass and the flexibility of the manipulator has an important influence on the stability of the HIL system,which is the premise of accurately simulating actual space docking. Thus,the docking HIL simulat...     

Motion Planning Algorithm and Simulation for Space Manipulators

ＭｏｔｉｏｎＰｌａｎｎｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓ￥ＷＵＷｅｉｍｉｎ；ＨＯＮＧＢｉｎｇｒｏｎｇ；ＬＩＵＨｏｎｇ；ＷＵＷｅｉ（吴为民，洪炳熔，刘宏，吴葳）（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃ...