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.     

一种空间大容差末端执行器设计方案与仿真分析

根据大型空间机械臂及其在轨服务操作任务的特点,提出了大型空间机械臂末端执行器大容差和软捕获的基本性能要求,同时给出了实现上述基本性能的方法.在此基础上,提出了一种具有大容差性能的机械臂末端执行器设计方案.为了准确获得该类末端执行器的性能指标,完成了该类末端执行器的详细设计,也为后期的动力学仿真分析提供准确的3维模型.最...     

空间大型末端执行器柔性钢丝绳的建模与捕获动力学

针对大容差软捕获这一空间捕获操作的重要准则,研制了基于钢丝绳的末端执行器大容差柔性捕获机构.针对钢丝绳具有较大柔性,在窄间应用环境下难于快速连续建模控制的问题,提出丁柔性钢丝绳的离散控制模型,解决了钢丝绳的建模问题.通过钢丝绳的离散模型,分析了末端执行器钢丝绳柔性机构捕获空间自由飞行载荷舱的动力学问题.实验证明钢丝绳模...     

一种自移动空间机械臂末端执行器的研制

针对中小型自移动空间机械臂在轨操作和"换位行走"的任务需求,研制了一种小型化、大容差、高刚度可靠连接的末端执行器及其相应的目标适配器.末端执行器采用单一驱动实现捕获、拉紧锁合、解锁和电连接器插拔等多种功能.考虑捕获容差条件及锁合性能要求,对末端执行器的关键机构参数进行设计.通过ADAMS建立虚拟样机,对捕获容差及锁合的功能性能进行验证.最后通过样机实验对末端执行器的功能进行验证,验证了设计的可行性及仿真的准确性.     

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...     

基于ELM-IWO机械臂运动学逆解算法研究

为了提高机械臂控制中运动学逆解的速度和准确度,提出了一种基于入侵性杂草优化的机械臂运动学逆解方法.通过D-H法建立了工业六自由度机械臂的正向运动学模型,并利用训练速度较快的ELM(极限学习机)计算机械臂关节角度向量,即输出其逆运动学初解.利用IWO(入侵性杂草优化)算法对得到的初始逆解进行优化,取最小适应度下的杂草位置作为输出,以便得到最佳的逆运动学求解.实验结果表明,相比基于PSO-BP神经网络的求解方法,基于ELM-IWO算法的机械臂末端执行器的精度更高,实时性更好.     

一种新型快速更换装置及其捕获容差

研制了一种应用于空间机器人末端的快速更换装置,实现对多种工具和有效载荷的快速更换.该装置可以同步完成对末端工具的捕获锁紧和电气接口推送,同时具有力矩输出接口,可以为末端工具或有效载荷提供动力输入.考虑了几何布局条件、力学条件和位姿容差条件,对其关键部件进行了优化设计.电气系统采用分层嵌入式控制系统,介绍了电机驱动板、控制板及传感器采集模块.通过虚拟仿真平台,对其容差能力进行了分析验证.最后利用4自由度机械臂平台进行了静态插入实验,得到了与理论分析和仿真相吻合的结果.     

基于多种群协同进化算法的绳索牵引并联机器人末端位置误差补偿

对于绳索牵引并联机器人来说,影响其末端位置精度的模型不确定性主要包括几何参数误差和非几何参数误差.这两种不同类型的误差具有非常强的非线性且相互耦合,难以通过传统的标定手段来进行参数标定.针对这一问题,提出了一种基于神经网络的末端位置误差补偿方法.将两种不同类型的参数误差等效视作伪误差,通过神经网络来逼近伪误差造成的末端位置误差曲线,建立末端位置误差与绳索长度之间的映射关系,并在关节空间中进行位置误差补偿.为了提高神经网络的拟合精度,设计了基于多种群协同进化算法和反向传播算法的神经网络优化方法,该优化方法能够同时优化网络的权值、阈值和结构,提高神经网络的泛化能力和拟合精度.在实际3自由度绳索牵引并联机器人上进行了位置误差补偿实验,结果表明补偿后的位置误差均值从6.64 mm下降到1.08 mm,轨迹误差均值从7.5 mm下降到1.6 mm,末端位置的精度得到了显著提高.     

三手指空间机器人末端执行器的柔顺抓握策略

空间机器人在抓握物体时,末端执行器与目标物体之间因接触碰撞而产生的扰动力可能会造成机械臂抖动和位姿改变,甚至将日标物体弹出捕获区,造成捕获失败,针对这一问题,首先介绍了哈尔滨工业大学(HIT)自行研制的三于指窄间机器人末端执行器,对末端执行器抓握日标物体过程中的碰撞扰动力进行了分析,提出了一种柔顺抓握策略以削弱抓握目标...     

双向气动软体执行器的设计与分析

设计了由两种尺寸气囊交替连通而成的新型软体执行器,该结构可实现两个方向固定角度摆动.首先建立双向弯曲软体执行器的非线性力学模型,得到形式为三段的分段函数,每一段表示软体执行器在相应阶段的弯曲角度和驱动气压的函数关系.其次,应用仿真软件描绘出软体执行器的摆动角度和驱动气压的线性关系,并与经典软体执行器进行了对比,发现两者...     

力-位控制算法在工业系统中的应用

机器人末端执行器与物体之间交互作用的控制,是工业机器人操作的核心内容之一.本文基于一部引线键合机,对末端执行器的力一位控制算法进行了研究.通过建模、辨识得到系统传递函数,采用内模控制加前馈补偿的二自由度控制器实现了末端执行器高速、高精度的位置控制;采用带位置内环的力控制策略实现接触力的精确控制.     

基于限制容差关系的集对粗糙集模型

粗糙集理论是一种新的处理模糊和不确定性知识的软计算工具,在人工智能及认知科学等众多领域已经得到了广泛的应用。对于不完备信息系统,目前也有了多种扩充方法,如基于容差关系、基于相似关系和基于限制容差关系等的扩充。但是,这些扩充也都存在一些局限性。本文用集对分析的方法,定义了一个集对α相似限制容差关系,提出了一种基于限制容差关系的集对粗糙集模型。这种模型是限制容差关系的扩充粗糙集模型的推广和改进,既保留了原有扩充模型的优点,又可以通过对相似程度α的调节和控制,在保证这种容差类划分的准确性的同时,增加了其灵活性,更适于大型不完备信息系统的处理。     

运动捕获系统中多摄像机布局优化方法

分析运动捕获系统的特点,建立多摄像机及场景目标的表示模型,依据摄像机透视投影模型分别建立了多摄像机最大覆盖约束、空间点定位精度约束、以及空间点受遮挡影响的数学表示模型,综合这些约束条件构建运动捕获系统多摄像机布局优化问题的最小化优化目标函数.利用粒子群优化算法对问题进行求解,基于实际系统配置参数的验证实验表明了方法的有效性.     

四旋翼无人机姿态系统的非线性容错控制设计

本文研究了四旋翼无人机执行器发生部分失效时的姿态控制问题.通过分析其动力学特性,将执行器故障以乘性因子加入系统模型,得到执行器故障情况下四旋翼无人机的姿态动力学模型.在同时存在未知外部扰动和执行器故障的情况下,设计了一种基于自适应滑模控制的容错控制器.利用基于Lyapunov的分析方法证明了所设计控制器的渐近稳定性.在四旋翼无人机实验平台上进行了实验,验证了该算法对存在未知外部扰动和执行器部分失效时四旋翼无人机的姿态控制具有较好的鲁棒性.     

硅基压电多层膜悬臂梁的偏转模型和优化设计

利用压电多层膜悬臂梁的形变曲率半径,导出了简洁的压电悬臂梁型微执行器的偏转模型.采用此模型,对硅基PZT压电悬臂梁型微执行器进行了模拟和分析.分析获得了各层薄膜结构参数与微执行器偏转位移的关系.根据此分析结果,进一步优化了压电悬臂梁型微执行器的设计,并给出了优化的方法.     

基于动态容差关系的不完备信息表约简研究

在扩充粗糙集理论中,容差关系是一种处理不完备信息系统的工具.但容差关系可能会导致知识粒度较大,分类精度较低等问题.针对文献[2]提出的改进的容差关系,提出了动态容差关系得扩充粗糙集模型,设置了动态概率阈值.根据实际数据的不完备情况动态确立概率阈值,调整容差关系程度,仿真实验结果证明了该动态容差关系模型的有效性.     

变风量空调末端双闭环系统的模型辨识和仿真

研究变风量空调末端部分控制系统的节能优化问题时,对于末端系统的优化控制应以系统中被控的风阀和房间模型为基础.采用西安建筑科技大学变风量空调实验平台,对末端风阀被控对象采用闭环间接法送行辨识.利用LabView软件对外环温度控制器进行在线仿真设计,创造闭环辨识性条件,建立被控室温房间对象模型.最后,在Sumlink工具箱中用辨识模型进行末端双闭环控制系统的仿真.仿真结果表明,辨识出的模型精确度较高.用于末端节能优化控制研究中可提升控制性能,并为变风量空调节能优化控制提供了参考依据.     

基于限制非对称相似关系的粗糙集模型

基于不可分辨关系的粗糙集理论不适用于含未知值的不完备信息系统.需要将经典的粗糙集理论不可分辨关系加以扩充才能处理不完备信息系统.目前已经提出了基于容差关系、量化容差关系、限制容差关系、非对称相似关系等的扩充粗糙集理论.但是,这些理论还存在一些局限性.文章提出了一种新的基于限制非对称相似关系的粗糙集扩充模型.理论分析和实验证明,与其它模型相比,可以从基于限制非对称相似关系模型的近似集中获取更多的信息.     

空间机器人目标捕获过程中的载体姿态扰动优化

针对自由飘浮空间机器人在捕获目标的过程中会对其载体姿态产生扰动的问题,提出了一种新的笛卡儿轨迹参数化方法.建立了反映载体姿态变化的日标函数,该函数既可以限制机器人关节角的运动范围,也可以避免动力学奇异的影响.利用遗传算法进行目标函数的优化,有效降低了空间机器人末端执行器在跟踪笛卡儿轨迹时对载体姿态的影响.仿真结果验证了...     

一种大行程高精度微执行器的研究

为了解决宏/微驱动系统中大行程和高精度之间的矛盾,研制了一种基于摩擦工作原理的压电陶瓷驱动的新型大行程、高分辨率步进式微执行器,该微执行器的行程为300mm、位移分辨率为0.02μm.提出了一种新型的基于压电陶瓷的柔性四杆型可调预压装置,并进行有限元分析.建立了微执行器系统的动力学模型,基于Karnopp“粘滞-滑移“摩擦模型分析微执行器力学特性.对微执行器的运动特性进行实验测试.