空间绳系机器人姿态容错控制方法研究

在精确姿态控制阶段,由于反作用轮的故障,空间绳系机器人会出现姿态控制失稳的问题,为此,提出了一种空间绳系机器人姿态容错控制的新方法。该容错控制方法利用时间延迟控制算法,将前一个周期的控制量引入到当前控制律中,估计并补偿由于反作用轮故障引起的当前控制量变化。在推导该容错控制方法的基础上证明了它的稳定性,从反作用轮无故障和有故障两个方面,对利用时间延迟控制算法与利用PD控制算法的控制律进行了仿真比较。仿真结果表明,利用时间延迟控制方法跟踪目标姿态精度高、鲁棒性强;将时间延迟控制方法用于调整反作用轮故障状态下空间绳系机器人姿态具有较强的稳定性。

微型果园机械远程控制系统的研究与实现

微型果园机械大都在环境恶劣的条件下工作,为了提高操作方便性和舒适性,实现现场无人操作,研制了一套基于监控端/被监控机械的远程控制系统。该系统将微型果园机械上采集的工作环境图像信息通过无线局域网传输到监控端,控制人员借助实时图像信息将控制信号通过串口以及无线通讯模块发射出去,实现了对微型果园机械的远程(5km)实时控制,包括对主机的行走控制和对工作机的作业控制。实验结果表明,该系统运行稳定、实时性较高(延迟≤500ms),能满足微型果园机械作业要求,提高了操作的方便性和舒适性。

空间绳系机器人目标逼近姿态协调控制

针对空间绳系机器人对目标逼近过程中的姿态协调控制问题,设计了一种基于可移动系绳点的姿态协调控制机构,利用系绳实现姿态的协调控制。针对该类型空间绳系机器人,进行动力学建模,并对其动力学特性进行了分析。为了克服利用系绳拉力进行姿态协调控制过程中,拉力波动对姿态控制的影响,采用具有较强鲁棒性的滑模变结构方法设计了姿态协调控制器。可移动系绳点的姿态协调控制机构提供空间绳系机器人两个方向的姿态控制力矩,另一个方向的控制力矩通过空间绳系机器人自身提供,从而实现逼近过程中姿态协调控制。仿真结果表明,通过可移动系绳点的姿态协调控制机构,利用系绳拉力可实现空间绳系机器人目标逼近过程中的姿态控制,并且达到节省姿态控制燃料消耗的目的。

玉米智能收获机器人的路径识别方法

为了实现玉米智能收获机器人路径的识别,采用图像处理技术对玉米智能收获机器人行走垄行图像进行采集,并对其进行8邻域均值滤波器去噪和Prewitte算子边缘检测等技术处理,获得玉米收获机器人的行走路径,从而为实现机器人在玉米田间的自动行走和作业奠定技术基础。实验结果表明,该方法快速、准确,能实时检测出玉米智能收获机器人的行走路径。

空间遥操作机器人主从双边自适应内模控制

天地大时延严重破坏具有力反馈的空间遥操作机器人系统的稳定性和透明性;针对天地大时延和未知的从手操作环境,基于内模控制和自适应控制思想设计一种自适应内模控制器;推导从手环境参数辨识模型,基于带遗忘因子的递推最小二乘滤波辨识环境模型,并利用辨识信息构建自适应内模控制器;基于单参数SNPIDC算法分别设计主手和从手自适应控制器;大量的仿真结果证明,在设计的主从双边自适应内模控制器作用下,空间遥操作机器人系统稳定性好,对未知环境适应能力强,系统透明性好,阻抗匹配程度高,且操作人员临场感强。

脉冲同轴输出装置双锥支撑结构的设计与分析

为保证脉冲同轴输出装置的绝缘性、结构稳定性及工程可实现性,本文提出了一种双锥支撑结构,建立了该结构的简化动力学模型,推导了径向临界稳定力的理论计算公式,并进行了有限元仿真分析。结果表明,双锥支撑结构的径向临界稳定力与绝缘距离成反比,径向临界稳定力仿真值与理论值的相对偏差小于6%,验证了简化动力学模型的正确性,可以根据该模型及沿面绝缘距离要求,进行双锥支撑结构设计。与传统平板式支撑结构相比,双锥支撑结构具有同轴可实现性强、沿面绝缘距离长及工程易实现等优点。

基于单片机控制的玉米收获机器人转向系统

玉米作为我国主要农作物之一,其收获劳动强度大,作业环境恶劣,是整个玉米生产中最耗时和费力的环节,改善驾驶员的工作环境,减小劳动强度成了玉米收获机发展的必然趋势,即通过研制相应的机器人来实现玉米收获机的无人驾驶。为此,介绍了一种基于单片机控制的玉米收获机器人的转向系统,包括该系统的组成结构、功能实现以及软硬件设计。通过在电脑上进行模拟仿真以及现场的安装调试,最终研制出了一种基于单片机控制的转向系统,该系统简单稳定,可用于多种农业机械的转向控制。

山地履带式遥控微耕机控制系统设计

为了满足山地履带式微型耕作拖拉机的作业安全性、便捷性等需要,设计了一套基于AT89S51单片机的遥控系统装置。该控制系统装置包括利用专用的编码及解码芯片对信号进行处理的电路控制子系统及针对山地地形特殊设计的液压控制子系统,共同实现对微耕机基本运动及防侧翻动作的遥控操作。经田间实地作业试验表明,该控制系统能够满足山地微耕机的作业稳定运行需要,具有较强的可靠性和稳定性,并且作业的实时处理能力和抗干扰性较好。

一种用于80kV直流电源测试的50Hz/20kW负载

针对80 kV直流电源重复频率运行测试中出现的负载电容放电后形成反压导致电源重复频率充电起始基线漂移的问题,从理论和仿真2方面分析得出,水电阻负载在高压微秒脉冲下击穿后,形成反压并按过阻尼释放是上述问题形成的原因。为此,研制了一套重复频率运行大功率负载系统,包括触发气体开关和固态吸收电阻2部分,固态吸收电阻为100Ω,吸收功率大于20 kW,可50 Hz重复频率连续运行,电阻负载可耐受80 kV微秒量级放电电压,避免了传统水电阻负载易被击穿而形成反压的问题。实验结果表明,该重复频率大功率负载系统解决了80 kV直流电源重复频率充电起始基线漂移、负载充电时间延长导致充电不满的问题,提高了电源测试系统重复频率运行的稳定性。

基于速度增量的空间绳系机器人中距离逼近过程最优轨迹规划

针对空间绳系机器人中距离逼近过程最优轨迹规划问题,提出了基于速度增量的多目标逼近轨迹优化方法,优化指标为总速度增量及逼近时间。首先建立逼近过程相对动力学模型及最优逼近轨迹优化模型,然后利用改进型非劣分类遗传算法得到相对逼近距离1.5km内逼近轨迹的Pareto最优解。仿真结果表明,该方法可以揭示空间绳系机器人逼近距离1.5km内逼近时间、燃料消耗、相对目标的面内视界角及速度增量次数之间的相互关系,能满足针对不同任务需求提供相应最优轨迹的要求。

空间绳系机器人抓捕目标过程协同稳定控制

针对空间绳系机器人抓捕无控目标过程中的自身稳定控制问题,提出一种操作机械臂主动阻尼控制与利用空间系绳、反作用轮进行基体姿态稳定控制相结合的协同稳定控制方法.文中首先建立了空间绳系机器人抓捕目标的动力学模型及与目标的接触碰撞模型,分析了抓捕过程中空间绳系机器人及目标的运动状态,在此基础上设计了操作机械臂关节主动阻尼控制律以减小碰撞力对操作机械臂末端的冲击,结合基体姿态的变化设计了滑模姿态稳定控制律,通过空间系绳和反作用轮提供基体所需的滑模姿态控制力矩.在抓捕目标仿真过程中对关节主动阻尼控制方法和所提出的协同稳定控制方法进行比较分析,结果表明,本文提出的抓捕目标协同稳定控制方法能很好地稳定操作机械臂和基体,且空间系绳对基体及目标的扰动影响很小,达到了空间绳系机器人抓捕目标时自身稳定的要求.

空间绳系机器人逼近目标协调控制方法

为了节省空间绳系机器人的末端执行装置在逼近目标卫星过程中推力器所使用的燃料,本文提出一种利用推力器、反作用轮及空间系绳的协调控制方法。首先利用二次型最优控制器(LQR)算法计算出末端执行装置逼近目标所需的理想轨道控制力,然后利用模拟退火算法将所需轨道控制力优化分配到推力器及空间系绳,同时利用时间延迟算法通过反作用轮补偿空间系绳产生的姿态干扰力矩。仿真结果表明,利用该协调控制方法能显著节省末端执行装置上推力器的燃料消耗,有效抑制空间系绳协调控制力产生的姿态干扰,使末端执行装置保持相对稳定的姿态。

考虑空间系绳释放特性的空间绳系机器人协调耦合控制

针对空间绳系机器人的轨迹跟踪控制问题,提出考虑系绳释放特性的跟踪轨迹协调控制方法.该方法考虑系绳释放的动力学特性,在最优轨迹规划过程中将系绳释放速度作为一个规划量,将系绳释放机构的转矩作为一个控制输入,结合操作机器人上推力器控制输入设计协调耦合位姿控制器.该方法的优点是控制输入易于施加,可工程实现系绳协调控制.仿真结果表明,操作机器人能精确跟踪最优轨迹,末端误差为±0.1m,且能有效跟踪期望姿态,精度在±0.2°.