被动冗余度空间机器人动力学控制

研究了被动冗余度空间站机器人的动力学控制问题，包括非完整系统的运动规划，渐进稳定的动力学控制规律；在动力学控制中，利用被动冗余度机器人“非完整自运动”的运动学优化方法完成机器人的动力学控制，构造的动力学闭环控制律保证机器人运动过程中末端跟踪期望的运动轨迹，通过三连杆空间站机器人模型进行了仿真，结果证明了得到的结论。     

空间冗余度机器人混沌自运动研究

建立了空间自由飘浮冗余度机器人的模型和运动学方程,分析了其Jacobian矩阵,得出相应的运动学逆解,通过仿真验证了空间自由飘浮冗余度机器人自运动中存在混沌运动,利用混沌分析的直接观察法、时间历程法、相图法和poincare映射法,对一个空间3R刚性冗余度机器人,采用PD控制器控制其末端执行器重复跟踪工作空间内一平面路径时连杆的自运动进行了研究.结果表明,该机器人的自运动存在混沌运动.     

基于可操作度的单冗余度机器人容错性指标

当冗余度机器人关节出现故障时,必将影响其灵活性.即使正常操作时具有较高的灵活性,如果关节出现故障也可能导致雅可比矩阵奇异,致使机器人不能沿任意方向运动.针对单冗余度机器人出现一个关节故障的情形,用可操作度分析此类机器人的容错性,并提出新的运动学和动力学容错性评价指标,所给指标计算量小、易于在线实时运算,最后给出优化算例,证实了所给评价指标的有效性.     

基于螺旋理论模块化机器人运动学分析与仿真

基于螺旋理论对模块化机器人的速度级和位移增量级运动学关系进行了分析,开发了模块化冗余度机器人的逆运动学控制算法.针对模块化机器人可能具有任意自由度和任意构型、可以经常快速安装和拆卸、易于可重构且由系列化、标准化部件组合的特性,开发了具有自动建模功能的模块化机器人仿真系统.该仿真系统由模块构造器、机器人建造器、图形示教和运动规划仿真器等分系统组成.通过一个7-DOF模块化串联机器人抓放工件的演示实例验证了所提算法和仿真系统的实用性.     

冗余度机器人多性能准则优化研究

为了解决在一个冗余度情况下同时优化多个性能准则的困难,基于“优化期望”和“优化分配”的概念,提出了帝时在线地决定子任务优先权的新方法,任务被划分为一个高优先权的主任务和两个低优先权的子任务,子任务通过利用主任务的冗余性得到完成,文中利用作者所开发的“改进的加权梯度法”求解逆运动学,成功地解决了冗余度机器人的多性能准则同时优化问题,仿真证实了所提方案的实用性。     

CT导航混联医疗机器人灵活性研究

总结了目前医疗机器人灵活性的分析方法,基于服务球的数值法,对5R串联机器人和4H并联机器人进行了灵活度计算,得到了各自的任务灵活度.针对9-DOF冗余度串并混联医疗机器人运动学的复杂性以及难以获得逆解的解析解的状况,给出了串联部分、并联部分的位移流形,推导了混联机器人的位移流形.提出了混联机器人的灵活性分析方法,即基于位移流形(黎曼流形)的方法,并定义了混联机器人灵活度的通用解析表达式.基于黎曼曲面外接椭球面的面积计算,得到混联机器人的灵活度超过了CT导航手术所需的灵活度,满足手术要求,为微创外科混联机器人灵活性分析和度量提供了新的参考.      

导轨移动式冗余度操作臂的运动学分析

简介了导轨移动式冗余度操作臂系统的设计与实现.利用指数积(POE)方法进行了系统建模,对该操作臂系统进行正、逆运动学分析,同时对系统避奇异的理论方法进行研究,给出了方法的计算机仿真结果.在系统运动学分析中,充分利用了系统结构的几何特点,体现了系统简化分析和实际性能优化并重的思路.该运动学的分析方法具有一定的普遍性,对其它机器人系统的分析有一定的借鉴意义.      

柔性冗余度机器人动力学规划

考虑机器人的结构柔性,研究了利用冗余度机器人的"自运动"同时进行振动抑制和机器人关节力矩优化的方法.研究表明,在进行柔性冗余度机器人的动力学优化时,应从振动和关节力矩两方面考虑.若单考虑振动抑制,机器人的关节力矩将可能无穷增大,使算法失效;若单考虑关节力矩优化,机器人臂末端的振动将有可能发散.这里给出的算法同时考虑了这两方面.不同于冗余度机器人传统的优化方法--机器人雅克比矩阵的零空间优化法,这里从最优控制论的方法着手,研究了考虑结构变形的冗余度机器人利用其自身的"自运动"进行振动抑制和关节力矩优化.仿真结果,证明了这种优化方法是完全可行的.     

双冗余度机器人的避碰运动规划方法研究

对双冗余度机器人的避碰运动规划进行了研究分析,发展和改进了一种基于距离函数的冗余度机器人避碰方法,提高了该方法的通用性和可靠性.      

平面并联机器人的轨迹控制与在线监控

提出了三自由度平面并联机器人的运动学控制方法,通过逆向运动学求解实现对机器人的轨迹规划;提出完成并联机器人在线监控的2个步骤:首先利用解析法实现并联机器人的正向运动学分析,再综合运用二分法和插值法进行正解的在线计算.还研究和完成了基于PC的模块化机器人控制系统设计,该设计主要包括使用C+ +语言完成并联机器人运动学控制算法编程和设计基于PMD(Performance Motion Devices)的模块控制器.该控制系统在三自由度模块化平面并联机器人上进行了演示,并将在MATLAB下实现的数值法与C+ +语言编写的解析法进行了比较,其结果验证了运动学算法和运动控制器的性能.      

一类冗余星载惯性姿态参考系统的可靠性分析

随着航天事业的发展 ,对航天器的长寿命提出越来越高的要求 ,需要简便可行的冗余方案以备工程所需。文中提出一种对于混合冗余系统的可靠性研究的计算方法。并将这种方法应用到星载惯性姿态参考基准上 ,提出了一种有别于常规冗余方案 (工作冗余加N中取K系统和N中取K加冷储备系统 )的新方案 ,为工程实现作了理论上准备     

Coordinated control of tethered space robot using mobile tether attachment point in approaching phase

Tethered space robots (TSRs) have wide applications in future on-orbit service owing to its flexibility and great workspace. However, the control problem is quite complex and difficult in the phase of approaching target, and the fuel consumption must also be taken into account. Hence, we present a novel scheme of achieving coordinated orbit and attitude control simultaneously for the TSR. Space tether, which can provide greater force compared with the thruster force, is used in the design of the orbit and attitude coordinated controller. A coordinated control mechanism is designed to provide attitude control torques of the pitch and yaw motions by adjusting the position of the mobile tether attachment point, while the roll motion is stabilized by the thruster. In order to guarantee this mechanism to work properly, constant tether tension strategies are utilized to plan an optimal approaching trajectory which is tracked by the coordinated controller of tether force and thruster force. Numerical simulation validates the feasibility of our proposed coordinated control scheme for TSR in the approaching phase. Furthermore, fuel consumption of the orbit and attitude control are both significantly reduced compared with traditional thruster control.     

余度传感器结构的故障管理

为了使捷联惯性导航系统具有容错的能力,要求对捷联惯性导航系统中的余度传感器结构进行故障管理。本文阐述了两种余度传感器结构的故障管理方案:直接比较测量的故障管理方案和广义似然比检验(GLT)故障管理方案。两种方案都能对余度传感器结构进行故障检测、故障分离和故障重构。文内还对两种方案的优缺点作了比较分析。     

Sensitivity analysis for air temperature profile estimation methods around the tropopause using simulated Aqua/AIRS data

A sensitivity analysis is performed to investigate potential improvements to the accuracy of air temperature profile retrievals near the tropopause. A simple inversion method is employed to identify and remove redundant spectral channels from the retrievals using simulated data for the high-spectral resolution sounder AIRS (Atmospheric Infrared Sounder) on the Aqua satellite. Bayesian optimal theory and inverse technique are applied for the atmospheric temperature profile retrievals, and the 15 μm CO₂ absorption bands (620–750 cm⁻¹) are chosen for this study. Sequentially elimination of redundant channels is directly integrated into the inverse scheme for the temperature profile, in order to accurately retain the valuable channels and remove all the redundant channels, for accurate retrieval of the temperature profile. Also, the tropopause and troposphere are treated differently in the inverse scheme to improve the retrieval accuracy in the tropopause. Results of a sensitivity analysis based on this method, for the Tropical and Middle-Latitude Summer models simulated by MODTRAN4.0, show that the estimated accuracies are improved by 2 K around the tropopause, and are only changed by less than 0.2 K in the troposphere.     

冗余直接驱动伺服作动系统建模与特性分析

为了提高数字式直接驱动伺服作动系统的可靠性,对系统进行了余度配置,电气部分采取三余度,机械部分采取二余度,设计了伺服作动系统的余度配置和管理方案.对系统的机理进行了深入研究,建立了二余度阀控液压缸、三余度直流无刷电动机等系统各部分的数学模型,分析了余度配置对系统的可靠性和动静态性能的影响.基于Matlab的仿真平台Simulink对冗余伺服作动系统进行了仿真分析.结果表明,系统在电气二次故障、机械一次故障的情况下仍保持较好的动态特性,系统的余度配置和管理方案使系统可靠性得到提高,动静态性能得到改善,为冗余直接驱动式伺服作动系统的研制提供了理论依据.      

遥控机器人在空间抓物实验的仿真研究

本文是对空间机器人由地面站遥控操纵在空间抓物实验方案的仿真研究,它是在图形计算机工作站上用C语言编程实现的。视景化仿真描绘了自由飞行物与机器人之间的相对运动,考虑了空间站与地面站信息传输延迟的影响,用扩展的卡尔曼滤波实现了机器人对自由飞行物的自动跟踪,人在地面站观测预报的机器人和目标物的立体图象,可以经操纵球控制机械手运动。仿真结果表明,该方案对进一步研究有很好的参考价值。     

利用可编程超声阵列准确定位目标点位置

设计和制作了一种用于移动机器人环境探测的可编程设定工作模式的超声波传感器阵列,阵列中的每个超声传感器都可以被编程设定为发射/接收器或接收器.当某个传感器是发射/接收器时,其它传感器都设定为接收模式,使系统在探测过程中始终工作于单发/多收的状态,能够比传统的多超声传感器系统获得更多的冗余信息.利用几何学的相交定位法融合每次探测所得到的数据,实现对目标点的准确定位,通过衡量目标点之间的欧式距离来区分多个目标.实验结果表明,这种新的探测系统只需要一个探测周期,就可以实现对单目标和多目标的准确定位,比传统的多超声系统具有更高的探测效率.