漂浮基空间机械臂的三维微重力环境模拟方法探讨

首先针对空间机械臂微重力模拟方法的国际现状,分别从运动轨迹、模拟精度、建造周期及经济性等方面进行了详细综述。考虑到空间机械臂的三维运动特征,对三维空间微重力模拟这一难点问题进行了论述,进而提出了剪式三维气浮微重力环境模拟装置的方案,该方案具有较大伸缩比,结构紧凑,通过利用气浮法的优点解决了水平随动问题,集成力反馈伺服控制系统解决了竖直方向随动问题,该方案为做复杂运动的空间机械臂提供了灵活的微重力模拟环境。

三维微重力培养大鼠胰岛细胞的实验研究

目的 应用三维微重力组织培养对大鼠胰岛细胞的存活率及分泌功能进行研究。方法将大鼠胰岛细胞分离消化后分别进行二维普通培养 (Ⅰ组 )及三维微重力条件培养 (Ⅱ组 ) ,应用双硫腙 (DTZ)染色法 ,对胰岛细胞进行特异性染色鉴定 ;采用AO PI双染色法对两组培养 3d、7d、14d的胰岛细胞存活率进行检测 ;应用放射免疫法检测两种不同培养方法培养液中胰岛素分泌水平。结果 DTZ染色后胰岛呈桔红色 ,清晰可见。培养 7d和 14d时 ,Ⅱ组胰岛细胞存活率分别为(0 90 0 0± 0 0 10 7) %和 (0 80 38± 0 0 0 92 ) % ,均明显高于Ⅰ组 (P <0 0 1)。胰岛素测定结果表明 ,培养 7d时 ,Ⅱ组胰岛素水平为 (70 875± 0 31)mU/L ,Ⅰ组胰岛素水平为 (41 2 4 6± 0 35 )mU/L ,二者差异有显著意义 (P <0 0 1)。在培养的 14d、2 1d和 30d时 ,Ⅱ组胰岛素的分泌水平也均高于Ⅰ组(P <0 0 1)。结论 三维微重力培养组的胰岛细胞存活率及胰岛素分泌功能都优于二维普通培养组。

反演设计的三维空间微重力模拟系统控制系统

针对目前做复杂运动的大中型飞行器地面微重力环境难以实现的问题,设计了新颖的模拟装置,并提出了基于反演的自适应补偿控制方法.该装置采用剪式升降系统、轴承导向系统、电机驱动系统、气悬浮系统等组合的方式来实现复杂运动的三维微重力模拟.该系统采用气悬浮方法来实现二维平面随动,采用力反馈的主动控制方法来补偿重力,实现竖直方向升降.在考虑系统精确模型难以获得及存在外界干扰的情况下,提出了基于后推的自适应控制方法保证了系统的鲁棒性,设计了自适应控制律,实现了对系统不确定模型的实时估计.试验表明,在目标重力突变的情况下,控制系统依然能达到较高模拟精度,对于复杂空间运动的飞行器微重力模拟具有重要工程价值.

空间微重力地面模拟试验系统智能控制器设计

为解决做复杂运动的大中型空间飞行器地面微重力模拟试验问题,提出一种新的三维空间微重力地面模拟系统.该系统采用机械传动、电机驱动和气悬浮的组合方式来实现三维空间复杂运动微重力环境的模拟,通过力反馈控制方式来实时抵消目标的重力.考虑到非线性驱动影响及机械传动部件的摩擦干扰,采用神经网络智能控制策略来自适应学习并补偿不确定影响.实验结果表明,所设计的试验系统具有重量轻、使用方便及模拟精度高等优点.

空间微重力地面模拟装置基于神经滑模的自适应补偿控制

针对目前做复杂运动的大中型飞行器地面微重力环境难以实现的问题,提出了新颖的模拟装置,并设计了基于神经滑模的自适应补偿控制方法。该装置采用机械传动、电动机驱动和气悬浮的组合方式来实现做复杂运动的三维模拟。采用气悬浮来被动实现平面二维随动,采用力反馈的主动控制补偿技术来实现竖直方向升降。在考虑到精确模型无法获得及存在摩擦干扰的情况下,神经滑模控制策略能够保证控制系统的鲁棒性,设计的自适应神经网络控制器能够在线学习未知不确定上界,降低滑模'抖振'。仿真表明了所设计的试验系统能够满足三维运动要求,达到了较高模拟精度,对于复杂空间运动的飞行器微重力模拟具有重要工程价值。

基于状态反馈法的空间机械臂地面微重力模拟装置滑模变结构控制

针对做复杂运动的空间机械臂地面微重力试验环境模拟困难的问题,设计了一种基于滑模变结构控制的空间机械臂地面微重力模拟装置。该系统采用剪式升降机构、滚珠丝杠、压力传感器、伺服电机和气体轴承的组合方式来实现三维空间随动运动,通过支持力抵消空间机械臂重力来实现无重力下的性能测试。利用接触力模型建立系统动力学方程,考虑到空间机械臂非线性运动及模拟装置自身摩擦干扰,设计基于状态反馈的滑模变结构控制器,保证了控制系统鲁棒性。仿真表明,所设计的控制装置能够达到较高精度且使用方便,对于空间机械臂三维空间微重力模拟具有重要的应用价值。

空间零重力地面模拟系统的滑模变结构控制

针对做复杂运动的飞行器地面微重力试验环境模拟困难的问题,设计了一种新的空间微重力地面模拟系统。该系统采用剪式传动、轴承导向、电机驱动和气悬浮的组合方式来实现复杂运动微重力环境的模拟,通过力反馈控制方式来实时抵消目标的重力。首先建立系统动力学模型,考虑到试验目标本体等非线性驱动及模型本身的不确定及摩擦干扰,该控制策略采用滑模变结构控制来补偿非线性因素的影响,滑模面采用积分型切换函数从而降低了抖振,保证了系统的鲁棒性。实验结果表明,该地面试验装置对于三维空间微重力模拟能达到较高精度,且控制方法简单,易于实现,具有很高的工程应用价值。

微重力培养提高冻存大鼠胰岛移植的效果

目的观察大鼠胰岛冻存后经三维微重力细胞旋转培养系统(RCCS)培养后移植给受者能否明显提高胰岛移植的效果。方法将分离纯化的大鼠胰岛分为3组。实验1组:即将胰岛在RCCS中培养3d后,悬浮于4℃低温保存液(HTS)中,放置30min,然后进行冻存步骤;冻存1个月后进行复苏,继续在RCCS中培养30d;实验2组:新鲜大鼠胰岛在RCCS中培养30d;对照组:大鼠胰岛在冻存前后均在普通培养基中培养,培养步骤和时间同实验1组。上述3组胰岛复苏后再按各组应用的培养体系培养7d,然后分别以2000IEQ冻存或新鲜胰岛移植入糖尿病大鼠体内,并观察10周。结果每个胰腺纯化后最多收获胰岛1058.47IEQ,最少411.88IEQ,平均(826.95±93.42)IEQ。实验1组、实验2组的胰岛收获率、细胞内胰岛素和DNA含量以及胰岛素刺激指数均高于对照组(P<0.05);实验2组和实验1组的2000IEQ新鲜胰岛或冻存胰岛在移植后1周内可100%纠正糖尿病。结论大鼠胰岛冻存前后经微重力培养后移植可以明显提高1型糖尿病大鼠的治疗效果。