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。
     

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。     

一种基于切换控制律的机器人双边遥操作方法

针对变时延下多自由度机器人在任务空间的遥操作问题,为在保证时延稳定性的同时提高其透明性和跟踪性,在一种比例微分+阻尼的任务空间双边控制器基础上,加入变增益切换控制律。结合性能需求,为不同操作模式设计合适的控制增益。在切换律中引入临界模态,保证系统在碰撞发生时切换控制的稳定性。利用李雅普诺夫理论证明系统在各模态下以及切换过程中的稳定性。通过对一个典型任务的仿真,校验该方法的有效性;同时,几组对比仿真试验也展示了该方法在稳定性和操作性上的优势。     

中继星天线星地大回路控制方案中时延影响的分析与仿真

使用仿真软件MATRIXx建立了星—地大回路闭环跟踪系统的时延分析仿真模型;分析了星—地大回路中大时延环节对系统性能的影响,分析和仿真了经典PID校正后系统的稳定性与跟踪精度;分析和仿真了星—地大回路复合控制系统的跟踪性能。     

一个面向遥科学实验的遥操作实验系统

在空间遥科学实验应用中,通信信道的传输延迟和有限带宽是大时延遥操作面临的关键问题。本文阐述了应用遥编程技术的遥操作系统的基本设计思想,介绍了遥操作实验系统的实现,给出了试验结果。     

遥操作系统中预测显示技术研究

通过虚拟预测技术对现有预测显示方法进行调研分析,提出了一种分类方法,有效地解决了遥操作中时延问题。针对目前计算机视觉领域的快速发展,提出一种基于视频流的在线重建模型的预测显示方法,该方法能够适应于非结构化的甚至是完全未知的环境,不仅能够解决机器人遥操作实验的时延问题,同时能够满足实时性的需求,文中指出了其关键技术。同时,实现了一个基于重建模型的预测显示原型系统,基于不同的时延条件,对通过时延视频构建的预测图像和真实采集到的图像进行了对比,验证了该方法能够补偿时延的影响,具有很好的预测效果。     

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。     

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。     

自由飞行空间机器人遥操作三维预测仿真系统研究

三维预测仿真技术是目前解决大时延遥操作的主要方法,在空间机器人的遥操作中起着至关重要的作用。针对自由飞行空间机器人建立了一套遥操作三维预测仿真系统,并进行了地面演示验证。首先介绍了空间机器人系统及其遥操作分系统组成,以及图形预测仿真原理。然后详细介绍了遥操作分系统预测仿真子系统的开发,该子系统基于面向对象的思想和MVC(Model\|View\|Controller)模式进行设计,采用Java语言和Java3D图形库进行开发。仿真系统以空间机器人的运动学模型和动力学模型进行驱动,具有快速、准确的图形碰撞检测功能。最后建立了遥操作地面演示验证系统,进行了多次遥操作实验。结果表明了预测仿真子系统的有效性。
关键词:中图分类号：文献标识码：A 文章编号：DOI:     

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。     

空间遥控作业系统的自适应无源控制

遥控作业系统是实现空间危险环境中作业的有力手段。由于空间工作站和地面控制站之间的通讯时延，造成了遥控作业系统的不稳定和操作性能的降低。本文利用二端口网络理论，提出了可定量评价系统操作性能的指标函数，并导出操作性能最优（临场感状态）的无源控制算法，同时针对环境的不确定性，给出参数自调节的自适应无源控制器的结构。实验验证了本文提出的无源控制算法的有效性     

空间遥控作业机器人系统的内模控制研究

针对空间遥控作业机器人系统通讯时延严重破坏系统性能的问题，为力反馈遥作业系统建立了内模结构，对系统的透明性和稳定性进行分析并给出了控制器设计结果。给出的控制方法不仅能兼顾系统在时延下的稳定性和透明性，而且可以实现主从机械手速度与力的动静态跟踪，使系统具有良好的力觉临场感。借助于内模结构，以透明性为目标的控制器设计独立于稳定性来进行，降低了设计的复杂度，增强了控制的灵活性。理论分析和仿真实验证明该方法有效。     

非线性刚度对微机械陀螺动态性能的影响*

为了提高微机械陀螺的稳定性,研究自由振动状态下活动基座上L-L型双质量微机械陀螺的动态性能,建立微机械陀螺的数学模型,得到以幅值-相位为变量的运动微分方程的解,并给出这种解与轨道元素的联系。研究框架质量和弹性件非线性刚度对陀螺漂移量的影响,并给出数值例子。对所得到的解析关系式与曲线进行分析,作出关于系统性能的相应结论。