空间细胞机器人面向桁架在轨攀爬步态分析

面向空间在轨装配维修过程中的攀爬移动问题,基于空间细胞机器人(CSR)理念,提出连接细胞、转动细胞、末端执行细胞三种基本细胞单元。利用图论和拓扑学原理,在关联矩阵的基础上进行改进得到一种细胞迁移矩阵,直观准确地表达细胞机器人任意构型,以及不同节点之间的组织迁移过程。考虑桁架应用环境和细胞机器人自身的特点,划分出三种广义双杆攀爬工况,能够覆盖所有桁架攀爬任务需求。利用基于旋量理论的指数积公式进行不失一般性运动学分析。基于一致性、重复性以及无干涉原则,针对每种攀爬工况提出相应的攀爬步态,进行数值仿真分析,对比不同步态细胞机器人的关节力矩、能耗以及末端轨迹所占据工作空间等参数。仿真结果对空间机器人在轨攀爬路径规划以及控制方式的研究具有重要理论意义和工程价值。

空间细胞机器人接管非合作目标时的交互式参数辨识方法

为应对日益复杂和多样的在轨服务需求,本文提出利用空间细胞机器人实施对非合作目标的接管控制.针对非合作目标接管控制中的惯性参数辨识问题,考虑到常用的递推最小二乘法依赖中心节点及计算量过大等不足,提出了一种适用于空间细胞机器人系统的交互式参数辨识算法,建立了质量、质心位置和惯性张量等惯性参数的辨识模型,利用细胞机器人之间的少量数据交互实现分布式和异步式的参数辨识.仿真结果表明,算法能够实现辨识结果的收敛性和一致性,辨识精度较高.最后分析了噪声、链路断开、拓扑结构和交互策略等因素对算法收敛性和一致性的影响,结果表明算法在噪声和链路断开等情况下仍能保证辨识结果的有效性.同时通过仿真分析验证了异步交互策略的优越性.

细胞机器人转动与连接单元结构设计

本文主要研究的是一种基于齿轮齿条传动的空间细胞机器人,它是由滑块、十字导轨、导轨支杆、支撑板、导轨组件、带沟槽的锥齿轮、不完全锥齿轮、伺服电机、齿条、壳体端盖、传动轴和不完全圆柱齿轮等组成。伺服电机带动不完全圆柱齿轮和不完全锥齿轮进行同步转动,同时带动齿条移动,进而推动与齿条相连的十字导轨与导轨组件向前移动,完成直线驱动工作;当不完全锥齿轮的有齿部分与沟槽锥齿轮相互啮合时,四组导轨组件沿壳体端盖的沟槽径向移动,完成转动驱动工作;当两个相连接的空间细胞机器人断开时,伺服电机反转,不完全圆柱齿轮和与齿条共同作用,四组导轨组件开始缩回,回到初始位置,完成空间细胞机器人的分离断开工作。