基于微处理器的CCD驱动逻辑产生方法

分析了几种常用的ＣＣＤ驱动时序产生方法及其优缺点，并着重介绍了利用高性能微处理器产生ＣＣＤ驱动时序的具体实现及其特点。

空间机械臂多目标综合轨迹规划研究

以七自由度冗余空间机械臂为研究对象,对其进行多目标综合轨迹规划研究。为了得到速度和加速度都连续的关节轨迹,首先采用三次均匀B样条曲线构造机械臂的关节空间轨迹。然后分别以机械臂运动时间最短、能量消耗最少和轨迹冲击性最小作为优化目标,以机械臂的关节位移、速度、加速度和关节力矩的限制作为约束条件,建立空间机械臂多目标轨迹规划问题的数学模型。最后使用NSGA-Ⅱ算法进行数学模型求解,获得空间机械臂多目标轨迹规划问题的Pareto最优解集。仿真结果表明,在满足各项约束条件的前提下,所获得的机械臂关节空间轨迹能够达到使机械臂的多个性能指标综合最优的效果。

利用线激光的机器人作业系统三维物体扫描输入的研究

分析了几种三维物体模型的输入方法 ,并介绍了利用线激光器及彩色CCD摄像机构成的三维物体扫描输入系统。着重讨论了利用神经网络的三维物体扫描测量系统的标定及测量方法 ,并给出了利用这一系统进行实际测量的效果。

冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划

在研究冗余空间机器人基座姿态无扰动路径规划以实现在空间机器人末端进行连续路径跟踪的过程中基座姿态无扰动。提出一种具有奇异鲁棒特性的反作用零空间算法以完成冗余空间机器人关节运动与基座姿态扰动的解耦控制,其克服了传统基于反作用零空间算法中的算法奇异问题,且结合奇异鲁棒逆以及变阻尼系数克服动力学奇异,进而得到奇异鲁棒的空间机器人基座姿态无扰动路径规划算法。建立基于MATLAB/Simulink的空间机器人数值仿真系统以验证所提出算法的实用性以及可靠性,仿真结果表明提出的算法具有可行性。

五指仿人机器人灵巧手DLR/HIT Hand Ⅱ

基于机电一体化设计思想和最新的驱动技术,研制DLR/HIT Ⅱ仿人灵巧手。该灵巧手由5个相同结构的模块化手指和1个独立的手掌构成,每个手指有4个关节、3自由度,所有的驱动器和电路板均集成在手指或手掌内。采用新型的体积小输出力矩大的盘式无刷直流驱动电动机、质量轻的谐波减速器、齿形皮带等的驱动传动方案,使手指的体积和质量得到显著减小;采用钢丝耦合传动方案,实现手指末端两个关节的1:1耦合运动;手指具有位置、力/力矩、温度等多种感知功能。层次化的灵巧手硬件结构由手指电气系统、手掌电气系统和PCI总线控制卡等组成,灵巧手具有点对点串行通信、CAN以及网络等多种通信接口。在灵巧手的外观设计中,将外观设计与灵巧手的本体设计融为一体,实现灵巧手与人手相近的体积和外观。5指灵巧手的质量为1.5kg,手指的指尖输出力10N。

HIT／DLR HandⅡ类人形五指灵巧手机构的研究

为了使灵巧手的外观和结构功能更加类人化,研制了新一代类人形机器人五指灵巧手——HIT/DLR HandⅡ.该灵巧手由一个独立的手掌和5个完全相同的具有4个关节3个自由度的模块化手指构成.机电集成的设计思想保证了所有驱动器,传动系统和电路系统都集成在手指和手掌的内部.钢丝耦合机构的采用,保证了手指末端关节在整个运动范围内都能够保证精确定1:1传动比.包装件同结构功能件融合的设计思想不但进一步缩减的灵巧手的外形尺寸,而且使灵巧手外形更加类人化.所有的创新型设计使灵巧手的手指外形尺寸仅是上一代手指的1/3.此外,为了提高灵巧手的多感知能力,重新设计的力/力拒传感器,位置传感器及温度传感器通巧妙的集成在手指的内部.试验表明,所设计的灵巧手不但达到了设计目标,也表现出了很强的抓握能力.

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。

复杂场景中航天器靶标的快速识别

基于靶标的几何特征提出了一种快速识别算法来解决目前航天器靶标识别存在的问题。设计了一款带有线段与圆环图案的合作靶标。利用高斯滤波去除图像中的噪声,运用Canny检测算子得到边缘图像,并跟踪得到单像素边缘序列。然后,通过判断非共线四点是否共圆排除大部分不可能构成圆的边缘,利用同一圆周的两段子弧对应相同圆心和半径的几何特征实现圆检测。最后根据靶标圆与线段的几何关系排除干扰,实现靶标的准确识别。实验结果表明,该靶标识别算法对噪声、光照、旋转等不敏感,能够在多种复杂场景中快速、准确地识别靶标,处理时间小于125ms,满足实时位姿测量8帧的需要。目前,该算法已经成功应用于工程样机。

柔性关节机器人基于柔性补偿的奇异摄动控制

传统的奇异摄动方法仅适用于关节具有弱柔性的机器人的控制.为了解决这一问题,设计了关节柔性补偿器,大大提高了关节的等效刚度,从而消除了关节柔性对该方法的限制,使得奇异摄动方法能够应用于关节具有一般柔性的机器人系统中.此外,对于慢子系统的控制,选择以投影算法作为参数估计规律的自适应控制器,并证明了它的渐近稳定性.该控制策略没有关节柔性限制,不需要连杆加速度及其微分信号,便于工程应用.最后以本实验室的柔性关节机器人为研究对象进行了实验研究,验证了所提控制策略的有效性和可行性.

机器人灵巧手基关节交叉耦合同步控制

为了提高机器人灵巧手基关节的轨迹跟踪精度,提出了包含同步误差和位置误差反馈项及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制策略,并建立了手指动力学模型.基于李亚普诺夫稳定性理论证明了所提出的控制策略能够使同步误差和位置误差均收敛到0,并且保证了系统的渐近稳定性.与传统非同步控制的PD加摩擦力补偿算法和轨迹跟踪控制算法进行比较,实验结果验证了所提出控制策略的有效性.

基于几何特征的圆形标志点亚像素中心定位

视觉测量系统中圆形标志点中心定位的精度易受噪声的影响。为了增强其抗噪性从而提高定位精度,提出了一种利用几何特征以降低噪声干扰的中心定位算法。首先将自适应阈值分割法与质心法相结合,对点目标进行圆心粗定位。利用粗定位的圆心和半径对Canny算子检测到的边缘进行半径约束,以消除孤立点和噪声点。然后根据理想的圆成像后边缘点分布的几何特征和链接规律,采用一种基于分区原理的方法获取点目标的理想边缘。最后,采用Zernike正交矩对像素级边缘点进行亚像素定位,并用最小二乘椭圆拟合法计算得到中心坐标。实验结果表明,该方法的定位精度可以达到0.023 7pixel,算法的运行时间为2~3ms,基本满足测量系统对于圆形标志点中心定位在精度、稳定性和实时性上的要求。

DLR/HIT Ⅱ灵巧手控制系统及基关节同步控制

针对多传感器、多自由度机器人灵巧手,开发了基于DSP&FPGA的多层控制系统。将手指驱动控制系统和传感器系统集成在手指内部,使得与人手尺寸和活动性相似的DLR/HIT Ⅱ五指机器人灵巧手得以实现。对于手指基关节差分齿轮的运动协调问题,设计了包含速度和加速度前馈项、同步误差和位置误差反馈项以及平滑鲁棒非线性反馈补偿项的交叉耦合同步控制器,该控制器不需要精确的动力学模型。经与传统的非同步控制PD加摩擦力补偿控制和轨迹跟踪控制对比,实验验证了所设计的控制系统及交叉耦合同步控制器的有效性。

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 .

航天服手臂运动学建模及其关节力学特性的测试

介绍基于随动式测量机器人的航天服关节力学特性测量原理 ,根据舱内航天服手臂的特性建立基于机器人运动学的数学模型 ,提出基于神经网络的逆运动学算法进行航天服关节角度的计算 ,并采用基于泛化能力的网络构造算法进行神经网络拓扑结构的优化设计 .

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。

航天服关节力学测试系统的测量原理与实验分析

目的测试航天服手臂关节的力学特性。方法介绍基于随动式测量机器人的航天服关节力学测试系统的测量原理 ,根据舱内航天服手臂软关节的转动特性建立 3自由度手臂的数学模型 ,并针对这一模型提出航天服运动学逆运算的基于 6维空间距离的最佳近似解法 ,在实际的实验系统平台上针对舱内航天服进行手臂关节力学特性测试实验 ,并探讨系统的扩展应用价值。结果通过测试实验和实时 3维仿真有效地验证了航天服手臂建模与系统运动学正逆运算的正确性。结论系统的测量原理和方法正确可行 。

基于机电一体化的机器人灵巧手手指的研制

运用机电一体化设计思想,设计了新一代灵巧手手指,具有3个自由度,由3个体积小、出力大的无刷直流电机驱动,机械传动系统采用刚性的减速器、齿轮及连杆传动,使手指具有很好的刚度.该手指具有丰富的感觉功能,包括位置感觉、力/力矩感觉以及温度感觉等.该手指集机械本体、驱动、传感器及电路为一体,最大限度地实现了灵巧手手指的集成化、模块化.

基于随动机器人的舱内／外航天服手臂测试方法

提出了一种新的方法用于测量中国舱内和舱外航天服的关节力学特性。测量原理基于机器人运动学、静力学和动力学。首先,建立了随动机器人的运动学模型,然后根据航天服特殊的机械结构同时建立了舱内和舱外航天服手臂通用的运动学模型;其次,针对包含有柔性关节的舱内和舱外航天服手臂给出了求解其运动学逆运算的方法;最后,根据航天服手臂末端的力矩、位置和姿态信息计算出航天服关节的阻尼力矩。实验结果和SGI工作站上的仿真证明了该测量方法的正确性和有效性。

机器人航天员精细操作方法及在轨验证

针对航天员舱外活动风险与空间探索的效率问题,建立了具有双臂手的机器人航天员系统。该机器人航天员由多自由度机械臂、仿人灵巧手及具有双目视觉系统的头部等构成,具有位置、力矩、视觉等多种感知功能。为了验证机器人航天员及在轨人机协同关键技术,在空间微重力环境下与航天员配合完成多种演示验证试验,为空间机器人辅助或配合航天员开展在轨维修积累了经验和数据。

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。