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．     

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.     

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。     

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。     

基于拟牛顿算法的空间机械臂姿态优化控制

为了研究机械臂系统在自由漂浮情况下的姿态控制问题,采用输入参数化的方法将连续量的最优控制问题转化为离散量的最优控制问题.利用拟牛顿算法确定最优控制输入信号,可以得到非完整系统运动的优化轨迹.通过数值仿真,表明对于类似的问题该算法是可行的.     

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。     

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...     

基于改进遗传算法辨识空间机器人动力学参数

为了减小空间机器人动力学参数的误差,提高轨迹规划精度,根据空间机器人的角动量守恒方程,利用名义动力学参数估计角动量与真实角动量的差异,建立动力学参数辨识的误差模型,给出遗传算法的适应度函数.针对常规遗传算法容易出现\"早熟\"现象,采用小区间生成法、大变异策略和精英保留策略对其进行了改进.以六关节空间机器人为例进行的仿真结果表明,在参数复杂的情况下,采用改进后的遗传算法,计算效率和辨识精度均得到了提高。     

基于气浮台的空间机器人姿控推力器构型设计与仿真

由于推力器构型直接影响控制作用的实现和推进剂的消耗,因此其设计的好坏对整个控制系统的性能有很重要的影响。针对空间机器人姿态控制系统,对其推力器构型进行设计,设计的目标是实现要求的姿态控制量并使推进剂消耗量最小,在此基础上,对控制系统进行气浮台仿真试验。结果表明,所设计的推力器构型是可行的,控制系统具有较好的控制性能。     

基于偏航观测器的偏置动量卫星姿态控制

研究了基于偏航观测器的三轴稳定偏置动量对地定向卫星姿态控制问题.由于采用的红外地平仪无法测量卫星的偏航信息,提出了一种基于偏航观测器的姿态控制方案.针对俯仰回路,利用测量的俯仰角实现了俯仰回路姿态控制;滚动/偏航回路的设计由2部分组成:基于偏航观测器的PD控制器和飞轮解耦环节.整个系统采用动量轮和反作用飞轮作为执行机构,磁力矩器提供的磁矩与地磁场作用产生的力矩实现了飞轮的动量卸载.最后对卫星姿态控制系统进行了仿真研究,结果表明,所设计的控制方案在飞轮输出力矩工作范围内,可使卫星达到很高的姿态控制精度.     

一类新型空间并联机器人的构型设计与位置分析

突破了传统并联机器人结构创新设计的思维定势,提出了空间并联机器人构型创新设计的新思路,该设计思路主要包括三个步骤:根据具体设计需求选择合适的平面并联机构,并将其替代传统空间并联机器人的动平台;对选择出来的平面并联机器人进行必要的改进,使其满足并联机器人的一般性设计原则,然后选择适当的支路(或运动链)来连接动、静平台;对设计出来的结果进行分析、判断和优选,得到满足设计要求的新型并联机器人机构.并利用该方法提出了一类新型空间并联机器人机构,该机构具有运动学分析简单、控制方便等优点.