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...     

大型空间末端执行器在轨操作运输舱策略

针对空间运输舱具有较大的速度和惯量,在对运输舱的操作过程中存在着冲击和碰撞,严重的时候会影响系统的安全的问题,研制中国大型空间末端执行器,设计大容差柔性钢丝绳捕获机构和基于滚珠丝杠螺旋传动副的拖动机构,并且对其捕获传感器系统进行设计。根据末端执行器机构特点和工作原理,提出基于Loop/Contact控制模型的捕获控制策略,有效地减小了操作对系统的冲击。建立空间微重力环境下末端执行器系统和运输舱系统的动力学模型,推导大型末端执行器在轨操作运输舱的动力学方程。计算机仿真试验证明,捕获过程中捕获力较传统方式降低50%,试验证明捕获力小于700 N,二者验证了末端执行器的实用性和控制策略的可行性,对提高大型空间末端执行器的工作稳定性具有重要意义。     

Development of Chinese large-scale space end-effector

In order to achieve large tolerance capture and high stiffness connection for space payload operations,a Chinese large-scale space end-effector (EER) was developed.Three flexible steel cables were adopted to capture the payload with large capture allowance.Ball screw transmission mechanism and plane shape-constraint four bar linkage mechanism were utilized to connect the payload with high stiffness.The experiments show that capture tolerances in X,Y,Z,Pitch,Yaw,Roll directions are 100 mm,100 mm,120 mm,10.5°...     

多关节新型机械臂设计及其坐标反馈系统研究

研制了一种多关节新型机械臂及其实时坐标反馈系统.机械臂由转动基关节、第一俯仰关节和第二俯仰关节三部分组成,转动基关节由轻型薄壁轴承支撑,采用步进电机驱动;第一俯仰关节采用步进电机直接驱动;第二俯仰关节采用步进电机经由同步齿形带驱动.机械臂由MCS-51单片机通过专用驱动器控制,机械臂末端坐标能够通过控制系统在液晶屏上实时反馈.实验表明:该机械臂运动准确,电气控制系统稳定,坐标反馈系统能够实时反映机械臂末端的坐标变化,可以满足该机械臂在科学研究、教学演示等多场合的任务要求.     

具有柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人

针对火力发电厂110 MW冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的检测和维护问题,研制了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人,设计了柔性动力传输系统,实现了机器人的驱动源外置和动力的柔性长距离传输。建立了微型管道机器人在直线管道、弯曲管道的运动学分析和驱动力分析模型,为驱动力外置提供了控制依据。在管径为70 mm的复合管道的实验研究表明:该气压驱动微型管道机器人在柔性软轴的作用下,可以有效地获得来自外置动力源的驱动力,能够实现在具有任意曲率半径的微型管道内部行走。     

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...     

空间站用大型末端执行器研究进展综述

介绍了国内外空间站用大型末端执行器的研究和应用现状,着重对航天飞机机械臂末端执行器、加拿大SSRMS末端执行器、日本JEMRMS末端执行器以及欧洲航天局ERA末端执行器的工作原理、性能特点、适用范围和典型应用场合等关键技术进行了深入的分析,并对比了上述末端执行器的性能。总结了空间站用大型末端执行器的共性技术特点,指出了空间站用大型末端执行器未来可能的发展趋势,为从事空间站用大型末端执行器研究工作的科研人员提供一定的借鉴和参考。     

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.     

轻型液压平动搬运机械手研制

设计了轻型平动搬运机械手的手部、腕部以及伸缩臂的机械结构,并选用液压驱动控制方式控制机械手的旋转和抓放动作。在液压传动机构中,机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸,手腕回转采用回转油缸,立柱的转动采用齿轮齿条油缸,机械手的升降采用升降油缸,夹持器的夹持采用夹持油缸。同时,对机械手的力学性能进行了分析,结果表明本机械手可以实现空间抓放物体,动作灵活多样,结构紧凑,重量轻,效率高。     

仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计

设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。