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面向空间机械臂遥操作的虚拟相机成像技术 被引量:1
1
作者 谢宗武 马博宇 +1 位作者 蒋再男 刘阳 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期631-638,共8页
对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视... 对于采用虚拟图形预测仿真克服天地不确定大时延的地面遥操作,为使任务专家准确监视、预测并遥控空间机械臂的运动,本文研究了Open Inventor软件开发包中虚拟相机的成像技术。分析了真实相机与虚拟相机的成像原理,推导了虚拟相机的透视投影和视口变换矩阵。依据二者的成像原理,对真实相机和虚拟相机的成像进行了一致性分析,并展开定量及定性验证。研究表明:基于Open Inventor开发包搭建的中国空间站及空间机械臂的仿真系统,可对空间机械臂的末端及肘部相机进行虚拟成像并准确模拟真实成像,为空间机械臂通过地面遥操作安全精准地完成在轨任务奠定了基础。 展开更多
关键词 空间机械臂 遥操作 虚拟相机 透视投影 一致性分析 相机标定 预测仿真 Open Inventor开发包
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3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术 被引量:20
2
作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 谢宗武 赵京东 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期78-81,共4页
以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验. 展开更多
关键词 空间机器人 遥操作 时延 预测仿真 虚拟夹具
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力反馈柔性虚拟夹具辅助遥操作 被引量:9
3
作者 蒋再男 赵京东 刘宏 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第6期685-690,共6页
针对未知环境遥操作的操作安全性与操作性能之间相互矛盾的问题,提出并实现一种力反馈柔性虚拟夹具方法.该方法通过引入柔性系数调节机器人倾向于期望运动方向的程度,将离线任务规划与操作者手动控制的优势相结合,在获得一定的操作性能... 针对未知环境遥操作的操作安全性与操作性能之间相互矛盾的问题,提出并实现一种力反馈柔性虚拟夹具方法.该方法通过引入柔性系数调节机器人倾向于期望运动方向的程度,将离线任务规划与操作者手动控制的优势相结合,在获得一定的操作性能的同时,具有避开离线任务规划路径中障碍的能力,保证了遥操作的安全性.在此基础上,将虚拟力反馈方法融合到柔性虚拟夹具中,进一步提高遥操作性能.正弦曲线跟踪实验结果表明,所提方法减小了平均跟踪误差和任务完成时间,保证了未知环境遥操作的安全性和操作性能. 展开更多
关键词 遥操作 力反馈 虚拟夹具 人机交互
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空间机械臂技术发展综述 被引量:83
4
作者 刘宏 蒋再男 刘业超 《载人航天》 CSCD 2015年第5期435-443,共9页
介绍了国外载人航天中的航天飞机、国际空间站上的典型空间机械臂系统,概述了用于我国空间站建造和维护任务的空间站机械臂系统,详述了其中核心舱机械臂和实验舱机械臂的任务要求和基本方案,重点阐述了实验舱机械臂的关节、末端作用器... 介绍了国外载人航天中的航天飞机、国际空间站上的典型空间机械臂系统,概述了用于我国空间站建造和维护任务的空间站机械臂系统,详述了其中核心舱机械臂和实验舱机械臂的任务要求和基本方案,重点阐述了实验舱机械臂的关节、末端作用器、控制器以及遥操作子系统的方案、组成和主要功能,并对我国未来空间机械臂技术的发展提出了建议。 展开更多
关键词 空间机械臂 在轨建造 在轨维护
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空间机器人惯性参数辨识的粒子群优化新算法 被引量:6
5
作者 马欢 李文皓 +2 位作者 肖歆昕 刘宏 蒋再男 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期278-283,共6页
提出了针对一类多自由度空间机器人卫星惯性参数在轨辨识的一种粒子群(PSO)优化新算法。通过粒子邻域限定的多样性保持、低效粒子随机重置和粒子误差的序列性评价,得到了比常规方法更好的结果,且具有无附加燃料消耗、线动量测量和特定... 提出了针对一类多自由度空间机器人卫星惯性参数在轨辨识的一种粒子群(PSO)优化新算法。通过粒子邻域限定的多样性保持、低效粒子随机重置和粒子误差的序列性评价,得到了比常规方法更好的结果,且具有无附加燃料消耗、线动量测量和特定的机器人路径规划等便利性优点。仿真算例表明,该改进方法具有较高的准确性与效率。 展开更多
关键词 空间机器人 参数辨识 粒子群算法 卫星
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模糊化多视觉信息融合的视觉跟踪策略 被引量:2
6
作者 张国亮 谢宗武 +2 位作者 蒋再男 王捷 刘宏 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期33-37,共5页
为了提高视觉跟踪系统在空间环境对外界变化的适应能力,提出一种模糊化多视觉信息融合的视觉跟踪策略.该策略综合了多个反映目标特征的视觉信息,通过对选择的每一项子特征集进行模糊化处理,提高了识别的智能化程度.针对运动物体分割阈... 为了提高视觉跟踪系统在空间环境对外界变化的适应能力,提出一种模糊化多视觉信息融合的视觉跟踪策略.该策略综合了多个反映目标特征的视觉信息,通过对选择的每一项子特征集进行模糊化处理,提高了识别的智能化程度.针对运动物体分割阈值受噪声干扰的问题,提出一种结合人口统计与区域生长的区域分割方法,实现了运动区域特征的稳定聚类.相对于传统的局部特征识别方法,这种多特征融合技术适合应用于复杂的动态环境,冗余信息间的互相补充可确保特征在不确定环境中的识别.试验结果表明,该策略能够实现鲁棒的特征提取和跟踪,尤其当出现被跟踪物体部分遮挡以及外界发生光线变化时,视觉跟踪系统仍能够实现稳定、快速的识别. 展开更多
关键词 多视觉信息融合 空间机器人 视觉跟踪
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卫星在轨自维护地面平台自主操作 被引量:1
7
作者 王捷 谢宗武 +2 位作者 蒋再男 刘业超 刘宏 《吉林大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1231-1236,共6页
提出了一种应用于卫星在轨自维护平台的视觉自主操作策略,阐述了标定、识别、定位及视觉伺服等关键内容。针对太空中变化强烈的光照环境,采用合作目标的方式对物体进行识别,并对识别算法进行了特别的设计以适用于卫星有限的计算能力。... 提出了一种应用于卫星在轨自维护平台的视觉自主操作策略,阐述了标定、识别、定位及视觉伺服等关键内容。针对太空中变化强烈的光照环境,采用合作目标的方式对物体进行识别,并对识别算法进行了特别的设计以适用于卫星有限的计算能力。为了提高合作目标三维空间定位的精度,采用了一种合作目标亚像素精度定位的方法,为视觉伺服进行精确的操作奠定了基础。实验结果证明了此视觉自主操作策略的可行性。 展开更多
关键词 自动控制技术 在轨自维护 视觉伺服 识别 标定 定位
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视觉辅助遥操作在卫星在轨自维护中的应用 被引量:1
8
作者 张国亮 刘宏 +1 位作者 蒋再男 王捷 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期882-886,共5页
为了克服时延对空间机器人遥操作的影响,提出了利用视觉技术辅助遥操作进行卫星自维护的方法.针对遥操作数据传输滞后的问题,设计并实现了一种基于视觉的共享控制策略,该策略将维护任务分为自由空间控制与自主视觉伺服控制.在自由空间... 为了克服时延对空间机器人遥操作的影响,提出了利用视觉技术辅助遥操作进行卫星自维护的方法.针对遥操作数据传输滞后的问题,设计并实现了一种基于视觉的共享控制策略,该策略将维护任务分为自由空间控制与自主视觉伺服控制.在自由空间控制阶段,通过3D图形预测仿真以及实时反馈的视频流,提高了遥操作者的视觉临场感.在自主控制阶段,采用冗余特征视觉伺服控制,克服了系统对标定精度的依赖性,从而提高了整个系统的智能化程度.最后,通过对典型的卫星维护任务实例的分析,验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 卫星自维护 空间机器人 3D图形预测仿真 视觉伺服
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分层码率控制策略在机器人遥操作中的应用 被引量:1
9
作者 张国亮 蒋再男 刘宏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期26-28,共3页
为实现卫星自维护遥操作系统中稳定可靠的视频反馈目标,提出一种基于分层码率控制的视频传输策略.利用实时探测到的带宽选择不同码率的视频流分层,使得视频传输对于不同的网络带宽具有自适应性.试验结果表明,该策略能够在波动带宽下给... 为实现卫星自维护遥操作系统中稳定可靠的视频反馈目标,提出一种基于分层码率控制的视频传输策略.利用实时探测到的带宽选择不同码率的视频流分层,使得视频传输对于不同的网络带宽具有自适应性.试验结果表明,该策略能够在波动带宽下给予遥操作者稳定流畅的视频反馈,有效地提高了遥操作系统的视觉临场感性能. 展开更多
关键词 带宽自适应 码率 分层编码 遥操作 视频流传输
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一种七自由度冗余机械臂的奇异构形特征分析 被引量:5
10
作者 史士财 尹斌 蒋再男 《机械与电子》 2014年第10期67-70,共4页
总结了对七自由度冗余机械臂进行奇异性分析的常用方法,并引入了一种基于相关旋量抑制的方法。采用这种方法,对一种构型与加拿大臂2相同的七自由度冗余机械臂进行了奇异性分析,得出了七自由度冗余机械臂出现奇异时的5种情况。为了深入... 总结了对七自由度冗余机械臂进行奇异性分析的常用方法,并引入了一种基于相关旋量抑制的方法。采用这种方法,对一种构型与加拿大臂2相同的七自由度冗余机械臂进行了奇异性分析,得出了七自由度冗余机械臂出现奇异时的5种情况。为了深入和形象地理解机械臂的奇异构形,针对每种情况进行了详细分析,得出了每种情况对应的奇异构形的几何特征,并用图解形式直观地给出了奇异构形的例子。 展开更多
关键词 七自由度冗余机械臂 奇异性分析 相关旋量抑制方法 奇异构形特征
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基于虚拟现实的空间机器人遥操作地面实验研究 被引量:1
11
作者 刘冬雨 蒋再男 +1 位作者 谢宗武 刘宏 《机械与电子》 2010年第8期57-60,共4页
以空间机器人在轨服务为背景,建立了基于虚拟现实的机器人臂/灵巧手遥操作地面实验系统,模拟了空间机器人遥操作的情形.系统主要包括虚拟环境建模、人-机交互接口设计、机器人运动学建模和时延模拟环节.利用该遥操作系统,在模拟的地面-... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了基于虚拟现实的机器人臂/灵巧手遥操作地面实验系统,模拟了空间机器人遥操作的情形.系统主要包括虚拟环境建模、人-机交互接口设计、机器人运动学建模和时延模拟环节.利用该遥操作系统,在模拟的地面-空间大时延(约10 s)遥操作条件下,完成了销孔装配的典型空间装配任务.验证了在结构化环境中遥操作时,虚拟现实技术克服大时延影响的有效性. 展开更多
关键词 虚拟现实 遥操作 运动学 空间机器人
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融合阻抗控制的卫星自维护平台的自主操作
12
作者 王捷 刘业超 +1 位作者 蒋再男 刘宏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期21-24,共4页
为了提高卫星自维护平台操作的自主性、安全性和鲁棒性,提出了一种融合阻抗控制的视觉自主操作方法.针对太空中变化强烈的光照环境,对物体识别采用合作目标亚像素精度定位的方法,提高了合作目标三维空间定位的精度.对合作目标的识别算... 为了提高卫星自维护平台操作的自主性、安全性和鲁棒性,提出了一种融合阻抗控制的视觉自主操作方法.针对太空中变化强烈的光照环境,对物体识别采用合作目标亚像素精度定位的方法,提高了合作目标三维空间定位的精度.对合作目标的识别算法进行了特别的设计,以适用于卫星有限的计算能力,并将视觉伺服算法融入基于关节力矩的阻抗控制.当卫星自维护平台执行接触操作时,视觉伺服能提供与被操作物体的精确接触信息,提高了卫星自维护平台对工作环境的适应能力和顺从能力.实验结果证明了该方法的可行性. 展开更多
关键词 卫星自维护 目标识别 定位 视觉伺服 阻抗控制
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一种新型主动视觉系统的研究
13
作者 王捷 刘伊威 +1 位作者 蒋再男 刘宏 《光学仪器》 2009年第4期74-78,共5页
为了提高主动视觉平台的适用性、减小其复杂度,提出了一种新的主动视觉系统结构。利用摄像机作为传感器代替传统的跟踪器计算头盔的位姿。对头盔识别采用了合作目标的方式,提高了识别率和位姿计算速度。采用了一种合作目标亚像素精度定... 为了提高主动视觉平台的适用性、减小其复杂度,提出了一种新的主动视觉系统结构。利用摄像机作为传感器代替传统的跟踪器计算头盔的位姿。对头盔识别采用了合作目标的方式,提高了识别率和位姿计算速度。采用了一种合作目标亚像素精度定位的方法以提高合作目标三维空间的定位精度。利用PID算法对主动视觉平台进行姿态的控制。最后,实验结果证明了该方法的可行性。 展开更多
关键词 主动视觉 合作目标 识别 亚像素
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面向空间机械臂操作任务的模仿学习策略 被引量:7
14
作者 李重阳 蒋再男 +1 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期111-118,共8页
为提高空间机械臂克服空间扰动的能力,降低关节力矩波动和能量消耗,提出了一种基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略.该策略分为两个阶段:第一阶段为基于高斯过程的模仿学习,利用运动学实例,采用高斯过程算法建立当前任务的运动模型... 为提高空间机械臂克服空间扰动的能力,降低关节力矩波动和能量消耗,提出了一种基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略.该策略分为两个阶段:第一阶段为基于高斯过程的模仿学习,利用运动学实例,采用高斯过程算法建立当前任务的运动模型,再根据当前环境,通过运动模型生成当前任务的期望轨迹分布.第二阶段为基于动力学约束的控制器设计,该控制器以第一阶段输出的期望轨迹分布为输入,以关节期望力矩为输出,在保证轨迹符合任务要求的同时,生成更加平滑的关节控制力矩.采用该模仿学习策略,用天宫二号空间机械臂在轨操控电动工具来定位螺钉,实验验证了该模仿学习策略的有效性.实验结果表明,与传统模仿学习加计算力矩控制的策略相比,采用基于动力学约束的空间机械臂模仿学习策略,机械臂的大负载关节力矩波动的峰-峰值可减少45%,波峰数可减少40%,能耗可减少31%,且关节力矩、加速度和速度更加平滑.该策略不仅克服了环境位置变化的不利因素,而且还降低了关节的力矩波动和能量消耗,提高了空间机械臂运行的平滑性,对高性能空间机械臂的在轨服务应用具有重要意义. 展开更多
关键词 空间机械臂 模仿学习 高斯过程 线性二次跟踪型 马氏范数
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Dynamic surface control-backstepping based impedance control for 5-DOF flexible joint robots 被引量:5
15
作者 熊根良 谢宗武 +3 位作者 黄剑斌 刘宏 蒋再男 孙奎 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2010年第4期807-815,共9页
A new impedance controller based on the dynamic surface control-backstepping technique to actualize the anticipant dynamic relationship between the motion of end-effector and the external torques was presented.Compari... A new impedance controller based on the dynamic surface control-backstepping technique to actualize the anticipant dynamic relationship between the motion of end-effector and the external torques was presented.Comparing with the traditional backstepping method that has "explosion of terms" problem,the new proposed control system is a combination of the dynamic surface control technique and the backstepping.The dynamic surface control(DSC) technique can resolve the "explosion of terms" problem that is caused by differential coefficient calculation in the model,and the problem can bring a complexity that will cause the backstepping method hardly to be applied to the practical application,especially to the multi-joint robot.Finally,the validity of the method was proved in the laboratory environment that was set up on the 5-DOF(degree of freedom) flexible joint robot.Tracking errors of DSC-backstepping impedance control that were 2.0 and 1.5 mm are better than those of backstepping impedance control which were 3.5 and 2.5 mm in directions X,Y in free space,respectively.And the anticipant Cartesian impedance behavior and compliant behavior were achieved successfully as depicted theoretically. 展开更多
关键词 多关节机器人 阻抗控制 柔性关节 自由度 逆推 控制系统 实验室环境 动态关系
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基于阻抗内环的新型力外环控制策略 被引量:15
16
作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 黄剑斌 张国亮 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期1515-1520,共6页
对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有... 对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境(海绵、泡沫和铁块)的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。 展开更多
关键词 力控制 力矩控制 力外环控制 空间机器人
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融合阻抗控制的虚拟现实遥操作技术研究 被引量:4
17
作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 王捷 黄剑斌 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期109-112,共4页
以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星自维护系统的地面遥操作平台,利用虚拟现实技术克服了时延对机器人遥操作的影响.为提高遥操作性能、减少操作者压力,提出了在主操作端(主端)利用虚拟夹具法辅助进行任务规划,并在从机器人端(从端... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星自维护系统的地面遥操作平台,利用虚拟现实技术克服了时延对机器人遥操作的影响.为提高遥操作性能、减少操作者压力,提出了在主操作端(主端)利用虚拟夹具法辅助进行任务规划,并在从机器人端(从端)采用对模型误差具有鲁棒性的阻抗控制方法.在主端采用手动操作或虚拟夹具,同时从端采用位置控制或阻抗控制4种组合的情况下,遥操作机器人完成了打开太阳能帆板的任务.实验比较了操作过程中机器人腕部的受力情况,结果证明该方法可以有效地减少操作者压力且提高操作性能. 展开更多
关键词 机器人 遥操作 虚拟现实 虚拟夹具 阻抗控制
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融合视觉的柔性虚拟夹具辅助遥操作研究 被引量:4
18
作者 蒋再男 刘宇 刘宏 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第12期68-71,共4页
提出了一种融合视觉的柔性虚拟夹具方法,用于辅助未知环境中的机器人遥操作.通过引入柔性系数实现机器人倾向于理想运动方向程度的调节,保证已知环境中遥操作的安全性和操作性能.利用基于颜色识别的视觉方法对环境中的障碍物大小和位置... 提出了一种融合视觉的柔性虚拟夹具方法,用于辅助未知环境中的机器人遥操作.通过引入柔性系数实现机器人倾向于理想运动方向程度的调节,保证已知环境中遥操作的安全性和操作性能.利用基于颜色识别的视觉方法对环境中的障碍物大小和位置进行识别,从而实现对柔性虚拟夹具的柔性系数自动选择,扩展该方法应用于未知环境中的遥操作,保证未知环境遥操作的安全性和操作性能.在未知环境中进行了曲线跟踪避障实验,验证了该方法的有效性. 展开更多
关键词 遥操作 颜色识别 虚拟夹具 人机交互 未知环境
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对模型误差具有鲁棒性的虚拟现实遥操作(英文) 被引量:2
19
作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 王捷 黄剑斌 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第3期325-333,共9页
This article investigates virtual reality (VR)-based teleoperation with robustness against modeling errors. VR technology is an effective way to overcome the large time delay during space robot teleoperation. However,... This article investigates virtual reality (VR)-based teleoperation with robustness against modeling errors. VR technology is an effective way to overcome the large time delay during space robot teleoperation. However, it depends highly on the accuracy of model. Model errors between the virtual and real environment exist inevitably. The existing way to deal with the problem is by means of either model matching or robot compliance control. As distinct from the existing methods, this article tries to combine m... 展开更多
关键词 space robot TELEOPERATION virtual reality model error visual recognition compliance control
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基于碰撞检测的自适应阻抗控制机械臂系统(英文) 被引量:11
20
作者 黄剑斌 谢宗武 +2 位作者 金明河 蒋再男 刘宏 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第1期105-112,共8页
This article provides a flexible-joint-manipulator,which incorporates with three means to make its mechanical arm come into compliant contact with the objects with a force kept within an acceptable range. At first,the... This article provides a flexible-joint-manipulator,which incorporates with three means to make its mechanical arm come into compliant contact with the objects with a force kept within an acceptable range. At first,the Cartesian impedance control law is introduced on the basis of virtual decomposition to realize the compliance control. Then,adaptive dynamic joint compensators on all joints are used to achieve more precise control. Finally,a Cartesian force-feedback path generation is developed for collision ... 展开更多
关键词 flexible manipulators impedance control collision avoidance adaptive control systems trajectories safety systems
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