基于SOLIDWORKS和ANSYS的三自由度并联微动机器人力学性能分析

为了解决并联微动机器人在运动过程中的力学性能问题,首先对并联机构的结构进行了分析,给出了三自由度并联机构的组成形式。在solidworks中建立了并联机构的三维模型,并将三维模型导入ANSYS软件中,在驱动关节加入载荷的情况下分析并联机构的各个位置受力大小,并给出并联机构在受到载荷作用时应力的变化情况,给出了机器人的四阶模态的变化情况,这些分析对于后期机器人的机构和尺寸设计奠定了基础。     

一种三自由度并联机器人运动性能分析

本文提出了一种新型具有相同分支的三自由度并联机构,每个分支包含一个4R复合铰链,利用螺旋理论计算了该并联机构的自由度,建立了运动学模型。基于动平台与固定平台之间的矢量方程关系,推导出该机器人的运动学方程,得到了机构的正反解。对于机构的工作空间进行了分析,得到了机构的各参数与工作空间的关系,为少自由度并联机器人的控制奠定了基础。     

正八面体可变形陆空两栖机器人设计与分析

设计了一种可变形的陆地两栖八面体机器人,其主要由传动模块、伸缩模块、传动机构和顶点模块构成。机器人在陆地上的运动主要是通过控制伸缩模块中的杆件伸缩量来改变机器人重心位置,实现机器人沿着指定方向进行翻转;空间运动通过调整螺旋桨的姿态来调整机器人飞行的方向及方式,从而确定机器人飞行的轨迹。给出了机器人在地面运动的重心计算公式,机器人运动学正解和反解的计算方法以及机器人在空间飞行过程中的动力学模型,并通过软件对于机器人的动力学进行了仿真,验证了前面理论分析的正确性,该分析结果对于机器人的分析以及运用都具有十分重要的作用。     

面向空间操作的软体机器人：驱动、建模和感知

针对现有空间机器人难以满足在轨服务任务需求的问题，提出了将软体机器人进行空间应用的设想。在梳理软体机器人自20世纪至今发展历程的基础上，将软体驱动器分为流体驱动、形状记忆材料驱动、电驱动等几类，对比了不同驱动方式的驱动机理和适用环境。讨论了软体变刚度机构对于软体机器人操作能力的提升。分析了软体机器人运动学建模和动力学建模的困难性并总结了目前的研究方法。此外，提出了将柔性传感技术与人工智能算法相结合以提高软体机器人的智能化水平。最后分析了软体机器人空间应用可能面临的关键技术挑战，为未来空间软体机器人研究提供参考。     

单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构

针对一些特定功能小卫星需要可展式的功能结构，如可展天线、可展太阳能电池阵列，提出一种单顶点多折痕折纸形式启发的空间折展机构。展示了用于设计该机构的机构构型，研究发现此种构型不仅可将平面结构进行折展，也能将可包络回转曲面的锥形结构进行折展。进而提出了用于机构设计的几何模型及为快速判断机构的几何尺寸是否满足设计要求的近似几何模型。通过算例及仿真校验，发现近似几何模型可以进行快速判断。同时该机构具有较高折叠效率，适用于尺寸约束严格的小卫星。     

一种关节式人机合作机器人运动学及动力学建模

Cobot(Collaborative Robot)是一种可与操作者在同一作业空间实现直接物理合作的新型机器人.根据差动轮系的不完全约束特性,提出了基于差动轮系的关节式人机合作机器人的模型.根据差动机构与关节、差动机构与差动机构之间的耦合关系,建立了并联Cobot的运动学模型,以及由行星轮系实现的差动机构的动力学模型和关节式并联Cobot的动力学模型.这种关节式Cobot模型具有不完全约束特性,可以实现人与机器人在同一作业空间合作,而不会伤害操作者.这种Cobot模型可推广应用于多关节Cobot,主要应用在大规模零件的装配生产线、外科手术以及一些需要人机合作的场合.     

一种仿蝗虫腿空间缓冲吸附机构缓冲参数研究

针对空间机器人在太空高速工况下,难以平稳地着陆且黏附在目标航天器表面的问题,提出了一种仿蝗虫腿非合作空间缓冲吸附机构。为了得到机构最优的缓冲参数,使得其与目标航天器碰撞时不发生回弹且减小碰撞力以保护自身,提出了空间缓冲吸附机构碰撞缓冲的动力学模型,该模型研究方法基于连续碰撞力方程。通过对空间缓冲吸附机构的腿部胫节、股节以及整机的受力分析,求得其不同受力工况下的动力学方程。采用线性弹簧阻尼结构等效空间缓冲吸附机构碰撞缓冲过程,建立空间缓冲吸附机构碰撞动力学模型,并结合实际碰撞缓冲参数设计出空间缓冲吸附机构碰撞过程的刚度系数和阻尼系数。最后利用动力学仿真进行校验,结果表明用此方法,机构所受碰撞力大幅减小且不发生回弹,证明了方法的合理性。     

一种关节式人机合作机器人运动学及动力学建模

Cobot（Collaborative Robot）是一种可与操作者在同一作业空间实现直接物理合作的新型机器人。根据差动轮系的小完伞约束特性，提出了基于差动轮系的关节式人机合作机器人的模型。根据差动机构与关节、差动机构与差动机构之间的耦合关系，建专了并联Cobot的运动学模型，以及由行星轮系实现的差动机构的动力学模型和关节式并联Cobot的动力学模型。这种关节式Cobot模型具有不完全约束特性，可以实现人与机器人在同一作业空间合作，而不会伤害操作者。这种Cobot模型可推广应用于多关节Cobot，主要应用在大规模零件的装配生产线、外科手术以及一些需要人机合作的场合。     

电磁锁定机构小型化设计

目前,电磁锁定机构广泛地使用在引信上,作为保险部分的锁定机构,以其性能优良、可靠性高和工艺性好而著称。目前所用电磁锁定机构外形尺寸为20×36,在一些空间尺寸较大的引信上能够较好地满足要求。为了促进“三化”设计,减少工作中的重复性,同时随着引信体积趋于小型化,从而对电磁锁定机构提出了小型化设计要求。而且,小型化的电磁锁定机构特别适用于空间结构有限制的小型化引信。通过对电磁锁定机构工作原理进行分析和优化设计,将电磁锁定机构小型化为17×22,使其在满足性能要求的情况下,实现产品设计系列化。从而简化设计及其协调关…     

空间双臂机器人运动学及动力学分析与建模研究

针对空间双臂机器人运动学和动力学建模,对失重状态下空间机器人的运动学分析与建模进行了研究。给出了双臂机器人左右臂的DH坐标及参数,建立了正运动学的计算公式,基于臂形角的方法,给出了更高效的空间机器人冗余单臂的解析形式逆解求解方法。分析了空间双臂机器人全部工作状态,引入二元判定系数归纳得到了双臂独立运动、双臂协同操作、闭链本体漂浮、开链本体漂浮4种四种机器人工作状态,并基于拉格朗日方程得到了4种不同工作状态下的动力学模型。通过对空间双臂机器人运动学及动力学进行分析与建模,为空间双臂机器人的设计与研究提供理论基础。     

密封舱内漂浮小球运动规律的数值模拟研究

"天宫二号"空间实验室开展了首次人机协同在轨维修技术试验,机械臂操作终端抓取漂浮小球试验为在轨试验任务之一。为研究漂浮小球与机械臂操作终端运动特性之间的匹配性,文章建立了在轨微重力环境下小球运动的物理模型与数学模型,采用动网格方法对不同小球的运动特性进行数值模拟,得到小球的运动规律,由此确定小球的设计参数范围,作为机械臂操作终端系统方案设计的依据。最终,数值模拟结果与"天宫二号"空间实验室在轨试验数据的对比初步验证了该计算结果的正确性。     

Dynamics analysis of space robot manipulator with joint clearance

A computational methodology for analysis of space robot manipulator systems, considering the effects of the clearances in the joint, is presented. The contact dynamics model in joint clearance is established using the nonlinear equivalent spring-damp model and the friction effect is considered using the Coulomb friction model. The space robot system dynamic equation of manipulator with clearance is established. Then the dynamics simulation is presented and the dynamics characteristics of robot manipulator with clearance are analyzed. This work provides a practical method to analyze the dynamics characteristics of space robot manipulator with joint clearance and improves the engineering application. The computational methodology can predict the effects of clearance on space robot manipulator preferably, which is the basis of space robot manipulator design, precision analysis and ground test.     

空间机械臂关节动力学建模与分析的研究进展

空间机械臂的机械部分是一个由关节和臂杆等结构、机构部件组成,在空间零重力环境下运行的多体系统。关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学特性中起着重要的作用。准确全面地了解关节的动力学特性,是正确分析与模拟机械臂系统空间运动特性的关键,而建立精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础。文章结合空间应用的特殊性,对机械臂关节动力学建模方法的发展过程和研究成果进行了总结;并讨论了关节模型的求解算法;最后,对空间机械臂关节动力学建模与分析方面有待进一步研究的问题进行了展望。     

基于空间机械臂的柔顺抓捕技术研究综述

空间机械臂是广泛应用于空间探索与实验的重要机电设备,柔顺抓捕技术为其执行主要任务的基础。空间机械臂柔顺抓捕技术主要分为结构设计与控制方法两个方面。首先介绍了目前已成功应用的空间机械臂末端执行器系统,分析了其结构与抓捕原理特点,说明了相应优势与不足,并给出结构优化的合理建议。然后介绍柔顺抓捕的控制方法在空间任务以及部分非空间任务中的成功应用,比较了其特性与优劣,归纳出优化的空间机械臂柔顺抓捕控制策略。本研究期望为空间机械臂柔顺抓捕技术的研究提供思路。     

空间机械臂抓取目标动力学与寻的制导控制

针对安装有两连杆机械臂的航天器对地球圆轨道上的空间目标已形成自由绕飞（即满足齐次C-W方程）的情形,研究通过机械臂抓取该目标的系统动力学建模与制导控制问题。在目标固连旋转参考系下,运用非惯性系下的拉格朗日分析力学,建立了两连杆机械臂系统动力学方程。忽略惯性耦合影响,对模型进行了合理简化,在此基础上设计了机械臂末端执行器即机械手抓取目标的寻的制导控制规律。然后代入原始复杂模型,进行数值仿真校验。结果表明,在机械臂载体自由绕飞空间目标的条件下,机械手能够准确地抓住目标。     

基于CCSDS—CDAS模型的空间机械臂数据管理软件设计

根据某空间机械臂的总线拓扑结构以及指令与数据特性，对空间数据系统咨询委员会（CCSDS）提出的指令与数据获取业务（CDAS）模型进行了研究，结合设备虚拟化业务，采用面向对象的方法进行设备抽象，阐述了设备数据池业务设计时的遥测数据更新、上层业务数据获取、数据有效性的判别等关键问题。提出了基于指令与数据获取业务模型的机械臂数据管理软件构架，并已在某机械臂中央控制器上成功应用。     

基于多相机的空间机械臂视觉系统

视觉系统是空间机械臂的重要组成部分,空间机械臂除开环控制外的所有工作模式都不能离开视觉系统的引导和辅助而独立实现。文章以建立满足空间机械臂实际应用需求的视觉系统为目标,提出通过分布在不同空间位置的多个相机的协同工作扩展并增强视觉系统的监视和测量能力,并从系统组成、工作模式、测量方式等多方面完成空间机械臂视觉系统方案设计。仿真试验结果表明,目标三维位姿的测量误差与视觉标记点检测结果的误差近似成线性关系,视觉标记点检测的准确性对目标位姿测量的精度具有重要影响。室内环境试验结果表明,在视觉系统的引导下机械臂能够自主完成对目标的定位和捕获,视觉系统满足空间机械臂大范围运动和精准操作任务的应用需求。     

一种新型并联微动机器人运动学分析

提出了一种新型的少自由度微动并联机器人,利用螺旋理论对于微动并联机器人的自由度进行分析,得到机构正常运动时所需要的驱动个数。利用矢量方法得到微动并联机器人的运动学反解。基于雅可比矩阵的可逆性,研究了微动机器人的奇异问题,从而确定该微动并联机器人的输入和输出之间的关系。     

基于广义Stewart平台的精密跟瞄机构动态各向同性优化设计

设计一个各向同性、高精度、满足给定负载特性的Stewart并联机构,满足精密跟瞄机构的精密指向、振动隔离及抑制性能仍然是比较困难的,而且各向同性标准Stewart并联机构对负载的约束条件极为苛刻.为解决这一问题,提出具有容错特性的一类广义Stewart并联机构,定义动态各向同性概念及指标,考虑负载质量几何特性,推导了动态各向同性描述及条件的解析数学形式.将局部动态各向同性与全域工作空间灵活性好、满足运动能力和无构件干涉等目标相综合,建立了精密跟瞄广义Stewart并联机构的优化设计方法.结果表明广义Stewart并联机构能够放松各向同性时对负载的条件约束,设计方法优化并具有工程应用价值.     

一种空间机械臂构造模块的研制

提出了通用二自由度空间模块（TODOM）的概念，并以通用TODOM作为空间机械臂的构造模块。TO—DOM由两个旋转模块及一个连接模块共三个基本模块组成。根据空间机械臂的具体构型需要，将TODOM的三个基本模块之间的机械接口进行专门设计，即可配置成确定构型的二自由度关节。由这样数个不同构型的二自由度关节可以组装出具有偶数个自由度的空间机器臂。采用一体化概念设计的TODOM减小了关节的质量与体积，提高了系统的可靠性。通过对由TODOM构成的一套二自由度关节进行的试验初步验证了TODOM设计概念的合理性及可行性。