一种面向在轨服务的空间遥操作人机交互方法

为了解决人在遥操作回路中,人与操作目标时空隔离、缺乏环境信息和天地回路大时延等实际问题,以及减少空间机器人缺乏自主智能性和操作者手抖颤等不利因素,针对空间在轨服务操作交互问题,提出一种基于增强虚拟安全通道(AVSC)的分层辅助遥操作(LAT)方法。首先,设计组合体增强虚拟安全通道,通过给主端操作者施加虚拟引导力辅助完成操作任务,与徒手操作相比,操作时间短、操作平稳;其次,设计分层辅助遥操作系统,通过获取空间机器人末端与期望轨迹上最近点之间的距离,在安全通道内划分不同的虚拟力场,辅助操作者更加灵活地操作。演示实验表明,该方法利用力触觉和视觉信息,引导操作者控制空间机器人末端运动至期望位置,可以有效地提高操作精度、减轻操作者心理压力和减少操作时间。     

一种基于共享控制的双臂协同遥操作控制方法

针对双臂空间机器人精细操作任务，提出一种双臂协同遥操作共享控制方法。该方法将传统的遥操作四通道控制结构与共享控制相结合，通过在主从端控制器中加入优势因子，实现操作者与机器人左右操作手力和位置信息的双闭环反馈回路，并通过调节优势因子使主端的操作者对从端机械臂具有不同的控制权重，且主端操作者在协同操作时可以感受到对方的操作意图。通过CHAI 3D搭建的实验平台设计典型空间操作实验，并与单个操作者单独进行双手操作和双操作者分别操作单机械臂的情况对比。实验结果表明，本算法操作精度和效率较高，操作中的碰撞次数较少。     

基于虚拟现实的空间机器人遥操作在维护作业中的应用

研究了变时延遥操作环境下的预测仿真技术、基于虚拟现实的机器人遥操作系统组成、遥操作系统的自主学习技术和虚拟操作环境建模技术。开发了基于虚拟现实的机器人遥操作演示系统和自学习功能。实现了基于虚拟现实的临场感遥操作,在5～8s模拟时延条件下完成了推开故障太阳翼,擦拭受污染的镜头和拉动调整出现故障的卫星天线等作业。     

辅助空间遥操作的虚拟管道设计与实现

针对复杂空间环境下进行遥操作的安全性问题,提出一种基于路径点的光滑虚拟管道快速生成算法,改进深度优先算法对虚拟管道进行静态规划,并给出动态修正算法,实现管道的动、静态避障。虚拟管道可为操作者提供视觉、触觉等反馈信息以调整自身操作。操作对象在管道内运动,能安全、快速地达到目标。相对于路径规划方式按指定轨迹避障,该方法提高了操作灵活性和效率。在CHAI 3D仿真平台下进行多组避障实验,验证了算法的有效性。     

基于多传感器的空间遥操作机器人虚拟预测环境建模

虚拟预测环境技术是解决遥操作系统中时延问题的有力手段,但其有效性依赖于环境模型的精度。为了提高虚拟预测环境的建模精度,提出了基于多传感器信息融合的建模方法。首先根据CCD摄像机采集的图像建立虚拟环境模型的初始模型,再利用远地力觉和位置传感器信息对初始模型进行校验。为了观察命令在虚拟环境中的执行情况,采用一种简单有效的注册方法,将图形模型叠加在摄像机视频图像上,以便操作者进行对比分析。实验表明利用本文算法建立的虚拟环境模型是准确可靠的,有利于提高基于虚拟预测环境技术的遥操作系统的有效性和可操作性。     

具有力觉临场感的主从遥控机器人系统的双向控制

本文研究借助力觉临场感技术实现主从机器人遥操作的控制理论和设计方法，基于对控制系统的动力学分析，在力和运动的双向控制中采用力反射伺服型控制方案，实验结果表明了该方案的可行性，显示了在非结构性环境下临场感在增强人机交互能力方面的优越性。     

空间机器人大时延遥操作技术研究综述

空间机器人是完成多种空间作业任务的主体,能否在地空间存在大时延情况下实现有效 的地面遥操作是发挥空间机器人作用的关键。从基于虚拟预测环境遥操作和双边遥操作 两个方面,对国内外空间机器人大时延遥操作技术研究进行了系统的综述和深入的分析,并 在此基础上提出了进一步的发展方向。
     

时延下空间遥操作机器人系统工作模式研究

工作在人机交互方式下的遥操作机器人是实现空间作业的有力手段。首先介绍了空间遥操作机器人系统的构成与工作原理，然后提出了基于临场感遥控技术、虚拟现实技术与自主控制技术相结合的多种工作模式，用于实现在不同条件下时延空间遥操作机器人系统的作业任务，并讨论了工作模式选择的方法。最后经模拟实验系统验证了所提出的工作模式的有效性。     

行星表面巡视探测器遥操作技术研究

行星表面巡视探测器的遥操作,是整个行星遥科学探测过程的重要组成部分。文章首先对遥操作的基本概念和行星表面巡视探测器遥操作的基本特性做了初步的分析,然后对成功发射到月球和火星表面并进行巡视探测的8个巡视探测器进行了归纳与总结,最后对行星表面巡视探测器的遥操作技术进行了总结与展望,并建议在我国首次登陆的月面巡视探测器上采用以遥操作为主,同时设置遥操作加半自主的操作模式。     

空间机器人的遥操作

本文分析了空间机器人遥操作的特点，时延对空间机器人遥操作的影响，总结了空间机器人遥操作的指令模式和控制模式，展望了空间机器人遥操作的发展前景。     

基于轨道摄动解的卫星编队飞行

用完全不同的方法推导出一种两颗卫星相对运动的表达式.首先,它描述的是一颗真实的卫星相对一颗在理想轨道上运动的虚拟卫星的运动,而这正是研究编队飞行所必须的;其次,这个表达式将真实卫星相对虚拟卫星的三维位置表示成虚拟卫星的Brouwer平根数及两卫星轨道根数之差的函数.据此便可以充分应用已有的关于轨道摄动的研究成果.作为一个基本模型,首先讨论了一颗真实卫星相对虚拟卫星形成椭圆型地面轨迹的飞行方式.基于轨道长期摄动的已有结果可以很容易地揭示这种飞行方式的长期变化,从而可以毫无困难地制定出轨道调整的策略.最后还研究了三颗卫星以同一条椭圆轨迹飞行的轨道设计和控制问题,该椭圆以虚拟卫星为中心.     

AOS虚拟信道复用技术研究与仿真

为有效传输空间数据系统不同业务类型的大容量、高速率数据,AOS中各虚拟信道以时分复用的方式共享同一物理信道,通过对数据类型的分析,设计了一种边界可移动的VIP/同步/异步混合复用方式,并确定了同步虚拟信道和异步虚拟信道的调度策略。从各虚拟信道的吞吐量、剩余量、缓存需求和延时性能角度进行仿真,结果表明该复用技术兼顾了不同业务数据的特征,比全同步复用方式具有更高的复用效率,比全异步复用方式具有更好的公平性,可保证信道合理高效利用。
     

在航天器总装过程中应用虚拟装配技术的设想

虚拟装配技术在最近十几年得到迅速的发展,国外在该领域已经取得丰硕的成果.文中首先提出在航天器总装中应用虚拟装配技术的的基本设想,同时阐述了虚拟装配的内涵.此设想帮助工艺人员作为数字工人提前介入设计.数字化预装配是虚拟装配中关键的一步,也是困难的一步,它为解决工艺性问题、评价设计状态、缩短总装时间提供了有效的途径.     

BTT导弹的自适应滑模反演控制设计

针对具有非匹配不确定性的BTT导弹非线性动力学模型,结合反演控制、自适应控 制和 滑模控制方法,设计了一种新颖的BTT导弹自适应反演滑模控制器。反演设计的每一步中均 采用具有范数型切换函数的连续滑模控制律,并采用自适应算法对不确定性的上界进行估计 。将虚拟控制量的导数作为不确定性处理,利用自适应滑模控制的鲁棒性对其进行补偿,解 决了“计算膨胀”问题,简化了控制系统的设计,并且设计中无需事先已知气动参数摄动 的上界。采用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差最终有界。仿真结果显示了本文设计方法 的有效性。

     

舱外航天服的工效学问题及其研究方法

阐述了舱外航天服在航天员出舱活动(EVA)过程中的作用、舱外航天服工效设计对保障航天员生命安全和EVA质量的意义，以及航天服设计必须考虑的各类因素。并在此基础上探讨了航天服设计研究的主要手段与方法，强调了现阶段利用虚拟人体进行舱外航天服工效学分析的可行性。     

一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法

本文以四元数、递归动力学和优化控制为基础，提出了一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法。该算法使我们能够有效地处理关节位置和力矩约束，解决虚拟人的约束动力学问题，使虚拟人的运动不仅符合动力学规律，而且能量消耗最少，从而有效地实现了对人类作业的仿真和评估。实验结果证明了算法的有效性。     

基于IGES标准的NURBS虚拟仿真模型生成方法

为了生成光滑表面的虚拟模型,提出了一种基于IGES标准的NURBS虚拟仿真模型生成方法。文中详细讨论了该方法的实现过程,通过分析IGES标准,从中总结出NURBS实体模型的层次结构;设计了符合该标准的数据结构,给出了正确绘制NURBS虚拟模型的方法,最后使用实例验证提出的方法是切实可行的。     

非圆信号虚拟阵列波束形成算法

利用非圆信号的实值特性,提出了一种利用信号共轭扩展阵列孔径的虚拟阵列构成方法,将其应用在自适应波束形成中,对其波束形成的性能进行了分析和改进,并提出了一种快速的实现方法。该虚拟阵列的构造方法能同时保留时间信息和方位信息,用于自适应波束形成中,可以改善波束图形状,提高阵列增益,对抗超自由度干扰。计算机仿真验证了该方法的优越性。     

Distributed attitude synchronization of formation flying via consensus-based virtual structure

This paper presents a general framework for synchronized multiple spacecraft rotations via consensus-based virtual structure. In this framework, attitude control systems for formation spacecrafts and virtual structure are designed separately. Both parametric uncertainty and external disturbance are taken into account. A time-varying sliding mode control (TVSMC) algorithm is designed to improve the robustness of the actual attitude control system. As for the virtual attitude control system, a behavioral consensus algorithm is presented to accomplish the attitude maneuver of the entire formation and guarantee a consistent attitude among the local virtual structure counterparts during the attitude maneuver. A multiple virtual sub-structures (MVSSs) system is introduced to enhance current virtual structure scheme when large amounts of spacecrafts are involved in the formation. The attitude of spacecraft is represented by modified Rodrigues parameter (MRP) for its non-redundancy. Finally, a numerical simulation with three synchronization situations is employed to illustrate the effectiveness of the proposed strategy.