空间站组合臂安装载荷的自主安全操控策略

针对空间站暴露载荷操作任务,提出一种组合臂安装载荷的自主安全操控策略。该策略由机械臂末端视觉伺服进行安装操作的精细初定位,克服天地差异、舱体充压变形、组合臂大范围开环运动等误差影响,为机械臂安装载荷提供准确的初始条件;由力控制和自主交互流程进行载荷对接安装,适应载荷对接前残余位姿偏差,减少天地、机械臂与载荷交互时间、力控制持续时间,降低宏微机械臂间动力学耦合影响,自主柔顺和安全完成载荷插拔操作。该操控策略经过地面仿真和试验验证,并成功应用在组合臂操作舱外暴露载荷任务中,确保空间站载荷安装任务圆满成功。

面向空间机械臂遥操作的虚拟相机成像技术

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。

一种冗余机械臂构型优化方法

针对存在结构偏置7自由度机械臂的逆运动学问题,本文提出了一种选择最优关节角参数的位置级逆运动学优化算法,根据基于关节参数固定的关节角解析解,将牛顿迭代法与拉格朗日乘子法相结合,将机械臂最优构型的计算问题转化为机械臂最优标志参数的寻根问题,分别针对关节构型、关节力矩整体进行优化,求解出最优构型。该方法与速度级逆运动学算法对比,具有计算精度高、收敛速度快的优点,并且进行了对比仿真实验。结果表明:相较于速度级算法,该方法得到的逆解没有终态自运动,位姿精度高4个数量级,关节最大受力降低了13%,并且力矩优化速度更快,具有十分重要的在轨应用意义。

空间太阳能电池阵列技术综述

阐述了太阳能电池阵列技术的演变过程,分析了促进太阳能电池阵列技术发展的需求;然后针对太阳能电池阵列技术的发展问题,逐次对光伏系统、结构框架、展开机构技术进行了深层次的剖析,分析了各自的特点、发展状况以及应用情况,并展望了未来太阳能电池阵列技术的发展趋势;最后提出了太阳能电池阵列技术将朝着高效率、低成本、轻质量、长寿命、高可靠性的方向发展。

扩展雅克比方法的冗余度机器人逆运动学应用

采用用于冗余度机器人求解的扩展雅克比方法,通过引入次级任务实现了冗余度机器人的周期性控制.介绍了自行研制的4自由度轻型机器人,以指定的空间轨迹作为主要操作任务,采用姿态控制作为次级任务,对4自由度冗余机器人进行了逆运动学求解和实验验证.并给出了机器人关节空间的期望变量,得到了关节空间和笛卡尔空间的轨迹误差.

基于商用现成器件设计星载计算机关键模块的研究

针对空间机器人星载计算机的高性能、高可靠、小质量、低功耗和低成本的要求,采用商用的现成产品(COTS)设计了一个星载计算机系统。该系统以 ARM 处理器为数据处理核心,采用双机容错结构,实现了基于现场可编程门阵列(FPGA)的硬件检错纠错技术,以及基于复杂可编程逻辑器件(CPLD)的 ARM 与 CAN 控制器之间的总线转换桥技术、多级看门狗技术和具有闩锁处理的电源等关键技术。实验结果表明该系统可满足空间机器人的需求。

基于模糊自整定PD控制器的机器人计算力矩控制

设计了应用于计算力矩控制方案中的模糊PD控制器(FLC),进一步提出了模糊自整定PD控制器(SFLC)。用带有末端执行器的平面3自由度机器人为例进行了动力学仿真,并将采用固定PD控制器、模糊PD控制器和模糊自整定PD控制器的计算力矩控制方案进行了比较。仿真结果表明,采用模糊自整定PD控制器(SFLC)后能有效的克服模型不确定所造成的影响,得到比较小的轨迹跟踪误差,为机器人的实际控制提供了理论基础。

空间机器人半实物仿真系统的研究

由于空间机器人的任务验证实验成本过高,所以往往采用其它方法进行开发阶段的论证和系统的验证。采用半实物仿真的方法研制了空间机器人电联试系统。系统验证任务包括空间机器人运动学,动力学,视觉系统,控制器计算能力,总线速率及可靠性。实验结果表明该系统完全可以仿真空间机器人操作任务。

HIT/DLR灵巧手全数字化传感器系统

介绍了哈尔滨工业大学机器人研究所(HIT)和德国宇航中心(DLR)合作研究的第二代多指灵巧手的全数字化传感器系统,该系统利用新型微型电子元件采集传感器信号实现数字化输出,在FPGA中进行信号的处理和控制,并通过串行通讯在DSP中的实现最终控制算法。在灵巧手的传感器系统中,作者着重介绍了指尖六维力/力矩传感器、关节位置传感器、电机霍尔传感器等。

一种星载计算机CAN总线系统设计与实现

在设计中,ARM7TDMI内核的16/32位RISC MCU是独立的地址和数据总线,而CAN总线控制器是利用地址锁存信号ALE来复用数据地址总线,同时ARM处理器为3.3 V电平,而CAN总线控制器为5 V电平,为了实现MCU与CAN总线的透明连接,提出利用可编程逻辑器件技术,在一块CPLD上实现ARM与CAN控制器之间总线的转换.同时在物理层上实现CAN总线的冗余,在协议上实现了基于CANaerospace的航天级别的通信协议.

电机控制集成电路的选用 第十六讲 三相无刷直流电动机控制芯片Si9979Cs的应用

主要介绍小功率无刷直流电动机驱动控制芯片 Si9979Cs的应用 ,阐述了该芯片的内部结构、工作特点以及其独特的控制功能 ,给出了该芯片典型应用电路图 ,并加以说明。

自适应神经元控制在机器人手指关节控制中的应用

对机器人手指关节驱动用直线驱动器的位置控制提出了单神经元自适应控制方案。通过实验验证了控制方案的正确性,为机器人手指关节的位置控制提供了一种有效方法。

直流电机神经自适应滑模位置跟踪控制

针对系统部分非线性未知的直流电机的位置跟踪问题,提出了一种基于自适应控制的神经网络滑模控制策略,在这个控制策略里我们采用已有的输入输出线性化方法来消除非线性,且将神经网络的输出加入到控制器当中,仿真结果演示了变负载直流电机的位置输出能够跟踪任意给定曲线。

电机控制集成电路的选用 第十五讲 直流电动机PWM控制器SG2731的应用

直流电动机控制芯片 SG2 731外接功率管后可控制小功率直流电动机 ,也可以直接驱动直流电机。文中对其主要特点、引脚功能、技术指标、典型应用等作了介绍 。

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。

3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术

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.

机器人多指灵巧手基关节力矩/位置控制系统的研究

HIT- 1型机器人手是一种具有多种感知功能的仿人多指灵巧手 .目前对多指手单关节单自由度控制的研究较多 ,而对两自由度的手指基关节的研究却较少 .本文分析了 HIT- 1型手两自由度基关节的运动学和动力学模型 ,并在此基础上建立了基关节的位置和力矩反馈控制系统 .本文采用工业中常用的 PID控制算法分别实现了手指基关节在自由空间的位置控制和在约束空间的力矩控制 ,并对实验结果进行了分析 .

空间非合作目标捕获方法综述

随着空间事故和失效航天器的增多,地球附近的轨道资源越来越紧张。如今世界各国都在大力发展在轨服务和太空碎片清除,作为其中最关键的技术之一,空间非合作目标捕获近年来成了太空研究领域的重点。目前,国内外各大研究机构针对非合作目标进行了深入研究,并提出了多种捕获方法,取得了较大的进展。对非合作目标进行分类,基于现有的捕获方法介绍了国内外非合作目标捕获技术发展的最新状况,总结了原理方案,分析了捕获方法和关键技术,为我国后续开展相关研究提供了一种研究思路。

基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统设计

介绍了一种新型的基于NIOS软核处理器的直流无刷电机控制系统及设计方法。该系统采用FPGA作为核心器件,极大减少了分离元件的使用,充分利用NIOS处理器集成度高、灵活性强、实时控制的特点在片内实现电机控制逻辑,因此系统具有极大的灵活性、扩展性和通用性,抗干扰能力强、且系统本身结构紧凑,已成功应用于机器人仿人灵巧手手指中。

梯度投影法多性能准则优化的应用研究

提出了基于连续比例因子的梯度投影算法.利用模糊推理规则动态求解多性能指标融合中的权系数,并对卫星在轨自维护系统的冗余度机器人推拉帆板作业进行了数值仿真计算.将所得到的结果与采用固定比例因子的梯度投影算法进行比较,指出了固定比例因子方法存在的不足之处,并通过仿真分析验证了连续比例因子算法的有效性.