一种机器人末端操作器的抓握研究

特殊领域下要求机器人具有极大的捕获范围及定姿定位精度,用以捕获漂浮目标。研究了一种机器人末端操作器,通过合理设计构型使得末端操作器具备六自由度限位能力;再通过对其抓握过程的研究,建立了不同条件下的抓握轨迹。由抓握试验可知：操作器快速闭合和锁紧有利于减小位姿偏移;采用合理的抓握控制,可以获得最大的抓握范围以及最好的抓握效果。     

空间三指形手爪的研制

随着空间机器人技术的进步,空间机器人将用于对空间漂浮目标的包络和抓捕.为了协助空间机器人完成对漂浮目标的捕获任务,研制了一种空间三指形手爪.利用单双手指、V形槽和捕获接口等机械元件,使得机器人可以对大范围位姿不确定的目标实现高精度的对接捕获.研制的蜗轮蜗杆、轴承、密封等机构具备空间环境适应性.在试验中,手爪在较大位姿偏移情况下捕获目标并锁紧在唯一位姿下.因此手爪具有较高的精度并且适应高低温度变化,具备了在空间环境中工作并抓捕对接目标的能力.     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

双绕组无刷直流电机容错控制系统的实现

针对空间机械臂关节电机伺服系统的可靠性和关节体积重量的矛盾,分析了3种典型空间机械臂关节电机驱动系统的可靠性,确定了机械臂关节电机采用双绕组无刷直流电机结构的方案,建立了双绕组结构无刷直流电机数学模型,设计了双绕组结构无刷直流电机驱动控制系统和容错控制策略,研制了双绕组结构电机关节伺服系统控制平台,进行了容错控制实验和关节位置伺服控制实验.实验结果表明:在重量和体积要求苛刻条件下,采用双绕组结构无刷直流电机伺服系统设计方案,不仅可提高关节的集成度和可靠性,而且没有降低关节位置伺服跟踪性能.     

6-PSS并联式空间对接调姿机构的研制

面向空间对接的需求,成功研制了一种6-PSS并联式调姿机构样机。针对该机构的结构特点,建立了三维模型;经运动学分析得到电机控制脉冲变量,并利用虚拟样机技术和物理样机实验进行了运动仿真;最后提出了工作展望。结果表明,调姿机构的位置输出能正确跟踪期望的轨迹,验证了结构设计的合理性和控制的有效性。     

机器人捕获漂浮目标的碰撞研究

随着机器人应用领域的不断扩展,需要机器人能够捕获漂浮目标。由于漂浮目标在捕获过程中不可避免地会和机器人操作器发生碰撞,导致目标器发生较大的位姿偏移。对此,利用六自由度漂浮模拟装置,对捕获碰撞进行了研究,得到了机器人抓捕特定目标的规律,实现了提高捕获可靠性的目的。     

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.     

一种新型电机-关节位置传感器的研究

利用磁钢霍尔元件体积小非接触的特点,将其作为机器人关节与电机角度的检测单元。与电机和关节转动同步的两枚磁钢旋转时产生变换的磁感应强度,使霍尔输出电压产生变化,经过处理可得到关节和电机角度。测试证实,传感器满足精度和重复精度的要求,具有较高的可靠性与集成度。