空间机械臂人机操作仿真系统设计与实现

目的 为了在地面实现对空间机械臂的在轨模拟操作、遥测驱动、天地同步等空间站功能训练,基于人机系统探讨空间机械臂人机操作仿真系统设计。方法 基于模块化思想建立仿真功能模型,将各仿真模型集成一体化构建全方位全过程仿真系统。结果 (1)建立了一套集多体动力学、中央控制器、关节控制器、三维场景及空间环境模拟、供配电系统、遥测遥控体系、相机成像等仿真模型一体化的空间机械臂操作仿真系统;(2)创建自主查表配置模型方法,实现空间机械臂的在轨操作、任务规划、控制算法等自主配置,完成机械臂任务的无间断仿真验证;(3)仿真系统与真实机械臂操作流程一致,响应与理论结果基本一致;(4)人机界面具有友好性。结论 空间机械臂人机操作仿真系统提高了航天员在轨操作模拟流程的全面性和真实性,可有效的支持航天员在轨操作与模拟训练,可以为后续空间站机械臂人机系统工作提供设计借鉴和工程指导。     

基于互联网的机器人远程实验系统

将互联网技术、机器人远程控制技术和计算机技术有机结合起来，建立了一个基于互联网的机器人远程实验系统。操作者可以在任何时间和任何地点通过互联网来控制和操作机器人臂手集成系统。用户通过互联网可以进行机器人语言的学习、编程及直接控制机器人关节运动，完成一些简单的操作，也可以利用带有力觉和触觉反馈的人机交互设备，在虚拟仿真规划的基础上，完成复杂的操作任务。本系统的建立同时也为有限或贵重设备的共享及异地协同实验研究提供了技术支持。     

基于网络的空间机器人遥操作体系结构

提出了一种面向Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的遥操作空间机器人共享控制体系模型,阐述了基于远端监控遥操作和近端智能自主控制相融合的遥操作控制结构,完成了时延情况下从Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上操作拥有１５个自由度的智能机器人臂手集成系统。该系统采用基于国际互连网的主从控制结构,在多媒体交互和预测显示仿真技术的辅助下,实现了用户在广域网上控制实验室的机器人完成抓杯倒水等动作。     

机械臂遥操作典型任务特征分析与仿真实现

目的提取机械臂遥操作典型任务执行过程中的关键特征,建立适合于实验研究层面鲁棒性好、抽象化的遥操作任务仿真实验系统。方法分析几种典型空间站机械臂遥操作任务认知过程,提取其共同特征,建立具有极强代表性的抽象化任务。结果构建了"点对准"、"线对准"与"面对准"三类单人操作任务,"团队合作"与"团队协调"两类团队任务,并基于V-REP平台实现机械臂遥操作仿真实验训练系统。结论机械臂遥操作任务的抽象化结果可应用于遥操作类任务人机交互基础研究,仿真实验系统也可推广到机器人遥操作训练方法研究。     

面向空间应用的主从与自主式遥操作系统研究

给出了一种遥操作系统实现方法，在所建立的遥操作系统上实现了具有双向力反应的主从装配操作和基于环境模型的自主搭积木操作。研究了大时延条件下的仿真预测遥操作方法和局部自主控制方法、从动机器人自由到受限运动的稳定过渡问题和机器人任务规划及路径规划问题。     

基于Dobot机械臂的包装自动线运动规划与仿真

目的 针对手工包装作业劳动强度大、生产速率低、一致性差等问题,基于Dobot轻型机械臂设计一种针对校园纪念品包装的自动化线.方法 首先对自动包装线各工序进行分析,确定各工步关键路径点,对各工序内的工步机械臂运动进行轨迹规划.其次利用Robotics Toolbox工具箱建立机械臂仿真模型,进行运动仿真分析.最后联合Matlab和Inventor进行可视化运动虚拟仿真.结果 运动仿真结果显示,在机械臂执行轨迹规划任务过程中各关节角位移无突变,且角速度和角加速度曲线平滑,能保证机械臂运行平稳,可视化虚拟仿真显示机械臂运行平顺.结论 证明各工序机械臂运动规划可行,符合各工步任务要求,可以满足包装自动化任务要求.     

一种面向任务的网络机器人系统结构

构筑了一个基于Internet的机械臂实时控制系统,用户可以通过网络控制机械臂跟踪运动目标。针对特定任务,对机器人的网络接入方式进行了研究,提出了一种新的面向所有Internet用户的中央集中式网络机器人系统结构;讨论了网络机器人的自主性,提出利用任务执行方式的自动切换来减轻网络中断对控制的影响。实验结果验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于虚拟力反馈的7-DOF仿人臂逆运动学求解方法

提出一种新型障碍空间描述法。利用其构成的虚拟力场对仿人臂产生的扭矩及关节优化,实时选择一个冗余关节并求等效虚拟扭矩,以其构成力反馈控制该冗余关节。将6自由度逆运动学解法用于仿人臂其余6个关节。仿真试验结果表明,这种新型逆运动学解法具有理想的避障效果,同时简化了逆动力学的求解,它同样适用于超冗余度机器人。     

自由飞行空间机器人电联试实验平台的研制

为检验自由飞行空间机器人(FFSR)系统各个部件电接口传递信息的正确性及系统在轨执行任务的能力,采用数值模拟方法,通过软硬件结合的方式建立了FFSR电联试实验平台.该平台主要由主控计算机、主机系统、虚拟关节、虚拟视觉等4个功能模块组成.在此平台基础上建立了基于视觉反馈的机械臂运动控制算法和电机三环控制模型.该平台可用于对实际FFSR系统的数值仿真.对电联试实验平台的测试结果表明,该平台能够很好地完成对实际机器人系统通讯能力的模拟测试及系统控制算法的仿真验证.     

空间站卫生间人机仿真评估与实践

目的 对空间站卫生间的人机关系进行分析,评价其人机工效,为空间站卫生间人机工程评价、设计优化提供理论方法和技术支持。方法 以DELMIA软件为分析工具,在对空间站卫生间环境建模后,导入航天飞行乘员人体尺寸模型,构建人机仿真虚拟场景。将空间站卫生间如厕过程分解,调整人体模型的如厕姿态及舒适角度范围,对空间站卫生间可达可视域进行判别,开展空间站卫生间如厕姿态舒适性仿真分析与评价。结果 仿真结果显示虚拟航天成员如厕各阶段姿态可达性、可视性、舒适性均满足人机工程学需求。结论 该空间站卫生间能为航天乘员提供一个舒适的如厕环境,其总体结构与布局符合人机工程学设计原则。     

基于分布式控制的即插即用机械臂系统

提出了将即插即用技术与嵌入分布式控制系统应用于小型通用机械臂系统的方法,详细介绍了基于此方法研制的Rinar机械臂系统。该机械臂由个人计算机(PC)通过通用串口总线(USB)接口控制,支持热插拔,内部采用PID算法进行运动控制。实验显示,Rinar能快速响应用户指令,运动性能良好,证明了通过USB接口与嵌入式分布式控制机构对机械臂进行控制的可行性和有效性。     

面向遥操作的机器人臂/手集成系统图形仿真

介绍了机器人臂与多指灵巧手集成系统的图形仿真及其在遥操作中的应用，对其体系结构、环境建模、运动规划、基于虚拟现实的人机接口技术、视频图像与仿真图形的融合技术、分布式仿真技术进行了研究，并介绍了已经完成的工作。     

机器人卫星自主控制系统的研究

在国内首次研制成功了机器人卫星（或称空间自由飞行机器人）的自主控制系统及其地上实验平台。该自主控制系统在平台上实现的空间微重力环境条件下，通过运动规划系统能完成机器人卫星自主地避开障碍物，准确地捕捉目标的路径规划演示实验。这一成果对用机器人卫星捕捉失效卫星并对其进行维修、补给能量从而使其复活再生的研究具有实际应用意义。     

蛇形机械臂的机构设计与关节驱动分析

考虑到蛇形机械臂相比于传统六轴机械臂在运动灵活性和避障性能等方面具有明显优势,选择蛇形机械臂进行了研究。为了使其适应各类非结构化环境,给出了一种基于绳索驱动的设计方法,并用等效转轴描述方法建立了蛇形臂运动学模型,进行了静态逐模块受力分析。机械臂各模块之间串联连接,采用绳索驱动方式实现机械臂全驱动。在静态逐模块受力分析中,考虑了绳索所受摩擦力的影响,并引入了一种优化函数,分析了关节驱动绳索的牵引力大小,从而对绳索驱动位移伸长量进行补偿。同时,建立了基于CAN总线的闭环控制系统,提高了关节姿态准确度。最后,在ADAMS仿真环境中进行运动学仿真,通过与理想位姿的对比验证了位移补偿方法的可行性,并通过样机试验验证了控制系统的有效性。     

煤矿凿岩机器人模糊自适应PID控制策略研究

在现有PID控制器的基础上,利用模糊推理实现了对PID参数在线自整定模糊自适应控制,并且在Matlab仿真软件下将该控制器在机器人钻臂控制系统中的应用进行了仿真研究,仿真结果表明,参数自适应模糊PID控制器能使系统达到满意的控制效果,提高了钻臂的定位精度。     

核辐射探测与应急处理机器人的小型机械臂系统设计

针对传统核辐射探测与应急处理机器人小型机械臂结构复杂、夹持物体重量小的问题,设计了一种新的机械臂抓持系统,该系统的特点是利用杠杆滑槽式手爪结构作为夹持部分,并实现了机械臂的小臂和大臂的机电一体化设计,因而机械结构简单、轻质,夹持物体重量大.仿真分析与实验结果表明,该机械臂可满足核辐射探测与应急处理机器人的应用需求.     

基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究

柔性臂运行过程中的振动降低了其定位和操作精度,不同控制算法时的柔性臂抑振效果也不相同。针对刚-柔-电耦合的双连杆压电柔性机械臂,提出基于模糊自整定PID算法的柔性臂振动主动控制方法。利用MATLAB软件中的模糊工具箱,建立有效的模糊规则,实现了PID参数在线自整定模糊控制系统的设计与仿真。与常规PID控制算法相比较,仿真及实验结果表明:两种算法均能抑制柔性机械臂的振动,但模糊自整定PID控制器具有响应快、鲁棒性好、调整方便等优点,并更好地改善了控制系统的动态性能。     

基于LVC的导弹智能博弈仿真技术研究

本文基于LVC(真实-虚拟-构造)仿真的空空导弹智能博弈仿真方法研究,将真实导弹装备实时投影于虚拟战场空间,并构建完善的对抗体系,评估导弹制导控制水平和空战博弈作战效能,量化导弹制导系统对作战体系的贡献。该方法可实现对抗博弈训练,验证了基于LVC的导弹制导控制系统模型优化及空战智能博弈方法的有效性,对目前类似武器的研制具有通用性。     

机器人双臂建模与击掌碰撞虚拟样机仿真

碰撞是仿人机器人研究的难点.今设计了5自由度仿人机器人上肢体,并且基于雅克比矩阵建立了速度运动学模型;基于拉格朗日能量函数法,建立了动力学模型;采用广义非线性等效弹簧阻尼模型,建立了碰撞动力学模型.参照人体特性,搭建了ADAMS虚拟样机仿真平台,进行了上肢体击掌动作仿真实验,开展了不同刚度系数值下的手部接触碰撞仿真.实验曲线表明动作仿人,角速度曲线满足正弦曲线形态;碰撞中,肘关节所受力矩最大;缓冲后,腕关节所受力矩大于肘关节.证明碰撞仿真平台有效,碰撞时应采用较小的仿真步长.     

基于LabVIEW的控制系统校正设计

基于LabVIEW和MATLAB开发的自动控制系统校正设计,应用LabVIEW和MATLAB进行了混合编程.利用LabVIEW设计用户界面,可获得"虚拟设计系统"的面板;MATLAB在后台提供仿真算法,可供Lab-VIEW调用.该系统可完成控制系统的动态分析,以及控制系统的校正设计等.