月球探测(车)机器人技术的发展与展望

简述当前国内外探月研究进展及月球探测(车)机器人研究发展情况.基于月球的复杂环境特征,对比轮式运动与步行式运动月球探测(车)机器人的优势与缺陷,重点介绍了一种新型六轮腿式月球探测机器人方案.该方案具有高机动性,越障能力强,容错性好等特点,对该方案主要技术性能、本体结构、运动系统、轮腿切换机构工作原理等关键技术进行了探讨.     

冗余度机器人基于任务的方向可操作度研究

分析了机器人传统可操作度概念在实际应用中的不妥之处,定义了基于任务的方向 可操作度,给出了其解析表达式,并利用方向可操作度作为目标函数进行冗余度机器人的运 动学优化．仿真结果表明,同传统的可操作度相比,基于任务的方向可操作度更具有实际应 用意义．     

空间机器人柔性臂的动力学轨迹跟踪控制

机器人柔性擘控制问题是目前机器人研究中的一个重点和难点，本文动用基于关节的求逆技术，得到了有关大质量负载的空间机器人柔性臂动力学轨迹跟踪非线性控制问题的有效方法，并以一平面二杆空间机器人柔性臂为例进行了控制的仿真研究，仿真研究的结果表明，该方法具有较高的可靠性和良好的控制效果。     

剪叉弯曲折展变胞机构的设计与分析

提出了一种基于剪叉机构单元的剪叉弯曲折展变胞机构单元,给出了构造该变胞机构的约束条件。建立了该机构单元运动的数学模型,通过计算分析了该机构的自由度和运动形式。提出了剪叉弯曲折展机构单元在剪叉机构运动和弯曲机构运动状态转变的工程实现方法,并通过计算分析得到了实现该方法所需的杆长约束条件和角度初始条件。提出了控制机构单元弯曲曲率的方法,通过数值计算得到了限位连杆长度与弯曲曲率的定量关系。该机构单元可以串联组合用于大尺寸物体的抓取。建立了单个机构单元以及两个机构单元组合的三维模型,进行了运动仿真模拟,验证了设计的可行性。     

基于遗传算法的双臂机器人模糊力/位混合控制

近年来,适用于空间站操作的冗余度双臂机器人系统技术研究得到了较多的重视．结合已有的 研究基础和研究条件,本文开展了面向空间舱内作业的冗余度双臂机器人协调控制应用研究．针对双臂机器 人协调操作过程中的受力问题,提出了一种基于遗传算法的双臂机器人模糊力/位混合控制策略．该方法把机 器人末端的力误差通过模糊控制转变为机器人位置控制器的修正值,在不改变机器人原有位置控制器的前提 下,实现力/位混合控制．利用遗传算法离线优化模糊控制规则,为了提高遗传算法的性能,总体交叉概率和 变异概率都采用了自适应控制策略．最后,以冗余度双臂机器人合力协调搬箱为例,进行了力跟踪的三维仿 真和实验,验证了所提出控制策略的有效性和可靠性．     

一种多功能小行星采样器的设计

对距离地球较远的小行星表面进行松散土壤和岩石的采样任务时,需要采集不同深度的土壤样品并就地进行分析,并将有价值的数据传回地球。为此研究一种多功能采样器,进行钻进机构、取样机构和密封加热机构等关键组成部分的设计,能实现土壤和岩石样品的采样、体积测量和加热任务。由于钻进过程中,钻杆的约束条件发生变化,为分析钻杆的稳定性,建立动态压杆稳定模型,计算钻杆稳定的临界载荷;考虑钻孔深度变化、钻杆导向约束等不断变化的条件,分析钻杆振动频率的变化规律,利用ANSYS软件仿真,得到了钻杆随钻进深度变化的一阶固有频率区间。对耦合的密封力和加热开关接触力进行计算,得到了满足要求的可靠驱动扭矩。通过原理样机的制作与试验,验证了多功能采样器的设计合理性,达到了质量轻、功耗小、功能多、采样量大的效果。     

一种新型并联变胞机构的设计与分析

3-UPU并联机构的动静平台虎克铰关节轴线在满足不同的几何约束条件下可分别具有平动和转动的输出特性。根据变胞机构理论中改变运动副方位特征实现构态变换的原理,设计一种3-UPU并联机构构态转换实现机构。此机构由结构相同的上下两部分运动链组成,通过改变其连接关系可实现3-UPU并联机构动静平台虎克铰轴线在平行和汇交之间变化,达到改变其运动输出的目的,从而形成一种新型并联变胞机构。由于变胞机构具有多组耦合关系,合适的构态转换位置是影响后续构态机构工作性能的重要因素,应用螺旋理论分别进行其各构态机构的自由度分析,并以机构工作空间为例分析构态转换位置点对其工作性能的影响。     

变胞机构的分类及其构态分析

对变胞机构进行科学的分类,是变胞机构分析与综合的基础,是对其进行运动学及动力学研究的关键。根据变胞机构的本质特征对其进行了分类,即把变胞机构分为Ⅰ类变胞机构、Ⅱ类变胞机构、Ⅲ类变胞机构和Ⅳ类变胞机构,同时给出了4个典型例子并对其进行了构态分析。     

一空间变胞机构的拓扑结构变换和对应的矩阵演算

拓扑结构变化是变胞机构的一个特征。概括了矩阵演算在拓扑结构变化中的应用,揭示了E单位变换矩阵和U单位消元矩阵与机构拓扑变化的关系,从而演示了对应于拓扑变化的矩阵演算。重点分析了一空间变胞机构。应用矩阵演算去描述该机构的多种结构变化,从而预测此机构的新构态,并展示了各拓扑构态衍生的新机构。这一分析揭示了两种拓扑变化类型的矩阵演算规律。     

机器人柔性臂动力学建模的D-Holzer法

从改进柔性臂的模化原则出发,提出了多连杆复杂的柔性臂系统动力学建模的更为一般化的简单有效的D-Holzer法。用该法推导了两连杆柔性臂系统的动力学模型,并进行了动力学仿真。