基于多学科仿真模型的空间机械臂优化设计与应用

空间机械臂在载人航天活动中有着迫切的应用需求。航天器尺寸、质量等因素的限制使得空间机械臂具有大柔性、操作对象多以及负载变化大的特点，给机械臂的设计验证与任务验证均带来较大挑战。详细分析了空间机械臂设计验证及任务验证对多学科仿真模型的需求，完成空间机械臂多学科仿真模型建模、修正与验证工作，将修正后的仿真模型成功应用于后续中央控制器测试，在轨任务验证及数字机械臂的开发等多个方面，解决了空间机械臂任务验证的难题。     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

基于DDPG-PID的机器人动态目标跟踪与避障控制研究

针对机器人在动态复杂环境下的操作问题,研究机械臂跟踪运动目标及避障的运动控制方法。采用传统PID控制方法与DDPG强化学习算法相结合的方式,利用PID控制使得机械臂的工作平面快速接近目标物并与之重合,再使用DDPG算法让机械臂在平面内自主学习追踪目标物投影同时避开障碍物投影,最终在三维空间中实现跟踪与避障。该方法将机械臂作为一个智能体,智能体通过感知目标物和障碍物的距离偏差来自主学习避障跟踪策略。将本方法用于多自由度机械臂路径规划与避障任务中,对比单纯使用DDPG算法将机械臂作为智能体在空间中进行决策控制,仿真结果显示本文所提出的方法收敛效果和控制性能更好,机械臂能在训练后实现目标物的稳定跟踪和障碍物的躲避。     

空间重复锁紧与分离装置容差性能分析与验证

空间重复锁紧与分离装置的容差能力是合作目标能否被捕获的关键指标,一定的容差能力能够抵消机械臂末端定位误差带来的合作目标位姿误差。根据某种在轨服务平台对空间合作目标的捕获方式,提出并设计了一种具有一定容差能力,并且在空间机械臂协助下能够完成对合作目标重复锁紧与分离的装置。本文建立了合作目标任意一点与重复锁紧与分离装置坐标系之间的D-H矩阵,完成了对球头关键点运动轨迹数学模型的建立。利用关键点投影方法对装置的容差性能进行分析,验证了装置设计的合理性。通过ADAMS仿真和样机试验相结合的方式对装置的容差性能进行验证,结果表明所设计的装置能够捕获和锁紧处于极限位姿下的合作目标,验证了装置的容差能力。     

空间机械臂智能规划与控制技术

随着空间探索的不断深入,人类从认识空间环境逐渐转向开发和利用空间资源,空间机械臂因其运动范围广、操作能力强等特点被广泛应用于空间探索活动.复杂的太空环境以及繁重的空间操控任务对空间机械臂的自主性与智能性提出了越来越高的要求.本文在概述空间机械臂的发展现状及其关键技术的基础上,对空间机械臂智能规划与控制技术展开综述,重点...     

空间机械臂力学模拟件的设计与优化

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。     

基于序列图像的非合作目标自主导航及验证

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

基于浮力调节的AUV升沉运动控制技术

研究基于浮力调节的自主式水下机器人(Autonomous underwater vehicle, AUV)升沉运动控制问题.分析了海水密度与深度的关系,研究了潜深对AUV升沉运动及浮力调节系统的影响,建立了基于浮力调节的AUV升沉运动动力学模型,提出了一种基于浮力调节的AUV滑模模糊控制方法,进行了基于浮力调节的AUV升沉运动控制仿真研究和定深控制水池实验验证,讨论了基于垂推和浮力调节进行升沉控制的能耗对比.     

基于协作机械臂的航电开关柔性检测算法

在基于协作机械臂的航电联调联试系统中,为了解决机械臂在检测航电开关时存在环境复杂、需要适应不同种类开关与定位误差等问题,提出了两种基于关节力传感器的航电开关柔性检测算法,用来检测航电联试环境中主要的3大类开关.基于外力阈值检测的接触定位与操作算法,通过广义动量观测器估计末端外力,并在控制机械臂运动时设置操作力阈值,实现...     

微型CT系统适用的心肺运动检测新方法

提出了一种非侵入式的心肺门控技术以改善图像分辨率。该方法基于动物的心肺运动实时地产生门控信号,并采用改进的零交叉数法实现对R波的检测,通过热电偶感受动物鼻气流的温度变化以判断其呼吸时相。该门控技术即使对0．03kg左右的小鼠,也能准确产生其在自由呼吸状态下的门控信号。除了非侵人性,与其他现存的门控技术相比,占用更少的空间和成本,可应用于微型CT系统和其他任何需要检测动物心肺运动的系统。几组测试结果表明,所提出的心肺门控能够产生所需信号,并改善图像分辨率。     

基于模糊数据挖掘的网络入侵检测模型

提出了一个基于模糊数据挖掘的入侵模型.异常检测的一个主要问题是正常模式随时间变化.如果一个实际的入侵行为稍有偏差就有可能与正常的模式相匹配,而异常检测系统则无法检测到这种入侵行为.为解决这个问题,本文利用模糊数据挖掘技术建立正常模式,并用一组模糊关联规则表示.在进行异常检测时,利用新的审计数据挖掘当前模糊关联规则,并计算其与正常模式的相似度,如相似度低于规定的阈值,使其产生入侵警报.最后,文中利用遗传算法优化模糊成员函数来选择其参数.     

子波变换平滑的混沌信号检测

将近几年兴起的子波变换、分形理论应用于带观测噪声混沌信号的检测。基于快速子波变换导出了平滑算子，将其对时序信号进行处理，并根据它在一定的尺度范围内具有标度不变的性质，利用改进的Ｇ－Ｐ算法计算其分数维数，对带有观测噪声的Ｌｏｒｅｎｚ吸引子波的混沌运动进行了检测。实验结果表明，该方法具有较好检测混沌现象的能力。     

多情境感知环境下RFID复合事件检测算法

无线射频识别(Radio frequency identification,RFID)技术的发展让感知世界变得更加便利。本文针对RFID数据特点以事件为中心进行数据建模,在多约束环境下利用各种规则和模式,有效地检测出特定的复杂事件。通过对RFID事件的分析和处理,利用抽象的底层RFID事件的检测对复杂事件进行有效监控和处理。根据Cascadia系统对RFID数据的事件分类与检测给出了利用事件解析图的事件检测方法。提出了在不同的约束执行环境中各操作的事件检测算法,结合具体应用实例对采用事件解析图的RFID复杂事件检测模型进行了解释说明。实验结果表明本文提出的RFID复杂事件检测算法能够较好地满足正确性要求,并提高了RFID系统整体的执行效率。     

RAM的故障模型及自测试算法

通过对ＲＡＭ故障情况的全面、深入分析，建立了ＲＡＭ的功能故障模型。并在此基础上，提出一种全面、实用的故障自测试算法。该算法分三步完成测试：（１）测试ＲＡＭ中的固定为１（０）故障、固定开路故障、状态转换故障、数据保持故障及第一类耦合故障中的不相关耦合等故障；（２）测试第一类耦合故障中的相关耦合故障；（３）测试第二类耦合故障。对ＲＡＭ的故障注入试验验证了该算法的有效性。并将此算法应用于航空电子模拟器的ＢＩＴ（Ｂｕｉｌｔｉｎｔｅｓｔ）的设计中。     

基于小波变换的自适应多用户检测算法

在分析传统自适应多用户检测的基础上 ,提出了一种基于小波变换的自适应多用户检测算法。用小波变换进行前处理 ,然后再通过 LMS算法实现自适应多用户检测。与通常的自适应多用户检测算法相比 ,该算法利用了小波变换对小波空间进行了分解 ,信号经小波变换后自相关性会下降 ,收敛速度提高。同时在此分解过程中 ,根据信号与白噪声在不同尺度上的小波变换模极大值表现完全不同的特性进行信号的消噪。理论分析和仿真结果表明 ,该算法收敛速度较快 ,计算量增加较少 ,易于实时实现 ,而且具有良好性能。同时仿真实验表明 ,收敛速度与小波基选择有关 ,对于同一小波基系列 ,小波基的正则性越好收敛速度越快     

组合导航信息融合滤波的研究(英文)

提出一种组合导航信息融合新方法,该方法能提高容错性能,更好地进行故障检测、隔离和重构.同时,当故障发生时,由于融合了系统信息,它能使重构的系统以更高的精度工作.采用这种滤波器设计了捷联惯导系统、GPS、多普勒雷达三传感器信息容错系统.仿真结果表明, 这种设计方法对陀螺、加速度计、GPS、多普勒雷达的软故障是有效的.     

空间距离变换的彩色图像目标识别方法

研究了彩色图像的分割算法,提出了运用彩色图像的颜色特征相似性进行图像的分割;然后将分割的目标进行检测,运用无监督网络,即竞争网络学习训练聚类,将图像中不同的目标提取出来。在识别方面,研究了一种运用空间距离变换方法来识别的算法,计算出区域半径测试样本点在区域内还是区域外,以达到识别的目的。实验结果表明,本文提出的分割算法和识别算法可以很好地运用到实际中,识别率可达90%以上。     

Edge Detection of River in SAR Image Based on Contourlet Modulus Maxima and Improved Mathematical Morphology

To cope with the problems that edge detection operators are liable to make the detected edges too blurry for synthetic aperture radar(SAR)images,an edge detection method for detecting river in SAR images is proposed based on contourlet modulus maxima and improved mathematical morphology.The SAR image is firstly transformed to a contourlet domain.According to the directional information and gradient information of directional subband of contourlet transform,the modulus maximum and the improved mathematical morphology are used to detect high frequency and low frequency sub-image edges,respectively.Subsequently,the edges of river in SAR image are obtained after fusing the high frequency sub-image and the low frequency sub-image.Experimental results demonstrate that the proposed edge detection method can obtain more accurate edge location and reduce false edges,compared with the Canny method,the method based on wavelet and Canny,the method based on contourlet modulus maxima,and the method based on improved(ROEWA).The obtained river edges are complete and clear.     

一种适用于机动转弯飞行的中期冲突探测方法

为了能在复杂的交通环境下提高冲突探测的精确度,保障空中飞行安全,基于解析算法提出了一种适用于机动转弯飞行的冲突探测算法,在此基础上给出改进的中期冲突探测的方法。对该算法进行了算例分析,结果表明：该算法能很好地适用于机动转弯飞行时的冲突概率计算,并且具有实时性和有效性。