保春运 修设备——记魏县导航台抢修D-VOR

2005年元旦刚过，紧接着忙碌的春运工作就要展开了，在河北魏县导航台．一切都在忙碌而有序地进行着。1月8日下午，突然，“滴滴，滴滴……”一阵刺耳的报警声在魏县导航台值班室内响起．D-VOR主机告警关机了。这还了得，在这紧要关头是不能出现一丝故障，更别说关机了。值班人员当即告知了正在休息的台长贾红涛，他向上级简单报告情况后，立即抢修设备。     

多关节轻型机械臂的设计研究

根据现有空间机械臂的结构特点,参照几种轻型机械臂的设计,设计了一种两自由度机械臂运动模块,并根据此模块研制了一台6自由度空间机械臂。运动模块由两个相邻关节轴线正交的关节组成,关节内部没有驱动器。机械臂内有一根高速主轴,为各个串联关节提供动能。机械臂控制系统采用上下位机方式,上位机根据虚拟场景仿真的运动轨迹发出控制指令给关节控制器,下位机根据关节状态表控制离合器组输入关节的能量。为确定机械臂在工作过程中的强度和稳定性,建立了机械臂的有限元模型,分析了其工作态的应力情况和动态特性。仿真结果表明,机械臂在工作态有足够的强度,在抓取的过程中,机械臂固有频率远离激励源的激励频率,无共振现象。通过多关节联动,机械臂可实现多种组合姿态,适用于在轨维修、加注等复杂空间任务。     

《地球回声》：外星人信号“闯入”我们的手机

作为80后的一代，想必许多人都对电影《E.T》并不陌生，那位萌翻了的“外星宝宝”至今是无法超越的外星人形象，而“外星人”貌似也一直是科幻影片的热门主题。近期，北美新上映的科幻影片《地球回声》（Earth to Echo），依旧采用了“ET＋小孩”的模式，五日累积票房1350万美元，高达A-的影评分值也证明了该影片的不错潜力。     

空间站机器人，来自太空的儿童医生

孩子们对于机器人都拥有着不同寻常的喜爱。在圣诞树下和生日礼盒中，孩子们总是会得到各式各样、大小不一、充满“人性化”和“智慧”的神奇电子设备。在遥远的太空，空间站机器人技术为孩子们提供的礼物，已经不仅仅是玩具的意义。机器人技术提供了一种辅助臂，这种辅助臂为需要对儿童进行外科手术的医生提供了很大帮助。     

有惊无险的第三次太空行走首次走到机腹首次修理防热系统

8月3日，发现号航天飞机上的任务专家罗宾逊完成了一次史无前例的太空行走：他站在空间站17、4米长的机械臂末端到达机腹部，对航天飞机成功进行了一次非常重要而又十分危险的“外科手术”。此举不仅使发现号转危为安，还创造了一项新奇迹，因为此前航天员们还从未尝试过在飞行中对航天飞机的防热系统进行修复，     

故障容错机械臂运动学可靠性设计

从机械臂运动学的角度，定义了故障容错机械臂、故障容错机械臂的阶、通用故障容错机械臂、特定任务故障容错机械臂，论证了通过运动学关节冗余也同样可以提高机械臂系统的可靠性、故障容错机械臂应该具备的自由度数、以及针对不同的任务要求来设计故障容错机械臂的方法。通过将任务空间抽象简化为一系列的特征点，建立与机械臂参数向理想值接近程度相关的罚函数，选择有效的优化算法，设计出了通用一阶故障容错平面位置机械臂、通用一阶故障容错空间位置机械臂、以及特定任务一阶故障容错平面位置机械臂。建立起完整的故障容错机械臂设计方法，对航天机器人的研究具有一定价值。     

空间站机械臂人机系统设计与验证

在充分调研国际空间站机械臂人机系统设计的基础上,结合中国空间站机械臂人机协同作业需求,建立了空间站机械臂“管理-设计-验证”全周期人机设计体系,通过人机项目规划、人机功能分配等管理要素,针对性地开展了空间机械臂人机系统详细设计,最后,从仿真分析、地面验证、在轨验证三大方面对人机系统进行了全要素全流程的验证,结果表明空间站机械臂人机系统设计合理,可应用于后续航天员出舱活动,保障航天员出舱活动安全、高效。研究结果将为空间机械臂人机系统设计与验证提供体系借鉴和工程指导。     

空间机械臂的一种自标定方法

由于各种因素的影响，在轨机械臂的结构参数势必不同于其在地面时的结构参数。为提高机械臂作业时的定位精度，必须对其进行重新标定。提出了一种自带CCD相机的空间机械臂结构参数的自标定方法，解决了在太空中无外部测量设备参与时机械臂的标定问题，使机械臂末端操作器的精确定位成为可能。仿真结果验证了所提方法的正确性。     

月球采样机械臂系统设计及试验验证

在对月球采样返回任务需求及探测器系统任务剖面进行分析的基础上，设计并研制了一种轻量化、大负载、高精度、宽采样范围月球采样机械臂系统。该系统主要由4自由度机械臂及两种不同采样形式的末端采样器组成，可对不同指定区域浅层月壤进行铲、挖、浅钻等多形式采集。在综合考虑机械臂系统器上布局的基础上，基于运动学模型对采样机械臂的可达采样区域进行仿真分析，提出采样机械臂月面采样策略。基于等尺寸着陆器模拟平台，开展了针对3种不同密实度模拟月壤的采样试验，采样试验结果表明在可达采样空间内，采样机械臂对不同密实度月壤均具有较好的适应性，最大采样深度可达30 mm，最大单次采样量可达270 g，单次采样时间小于2 min。     

空间站机器人最小振动操作动力学控制

提出两种空间站机器人最小振动操作动力学方法。一种是利用空间站灵活操作臂的运动学“自运动”快速消除空间机器人大型柔性机械臂的残余振动，同时使灵活操作臂在工作时不产生使柔性大臂变形和振动的激振力。第二种方法是利用灵活操作臂与空间站和柔性大臂之间的动力学耦合零空间运动进行空间站机器人的无振动操作。推导出空间机器人系统的动力学方程，得到了柔性大臂和灵活操作臂间的作用力与机器人运动之间的关系，基于渐进稳定的控制方法实现机器人的控制，以安装在弹性基础上的平面四自由度机器人进行了仿真验证。