惯性参数不确定的自由漂浮空间机器人自适应控制研究

针对自由漂浮空间机器人系统惯性参数不确定问题,提出一种笛卡儿空间内的自适应轨迹跟踪控制方法。采用扩展机械臂模型建立了自由漂浮空间机器人关节空间动力学方程,进而推导笛卡儿空间中的自由漂浮空间机器人动力学方程。在基于逆动力学法的自由漂浮空间机器人自适应控制器设计中,利用标称控制器离线固定控制参数与补偿控制器在线补偿方法,既可以保证惯量矩阵可逆,又可以使控制参数实时估计。采用Lyapunov方法的稳定性分析表明系统是稳定且渐进收敛的。最后,应用该控制方法对两杆平面自由漂浮空间机器人进行了仿真研究。仿真结果显示自由漂浮空间机器人末端执行器在笛卡儿空间具有良好的轨迹跟踪能力。     

空间机器人研究进展及技术挑战

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一,在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先,回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状,以及已成功在轨应用月面机器人和火星机器人两类星表机器人系统的应用现状。其次,针对空间机器人后续日益复杂的任务需求,探讨了空间机器人在机构构型、关节驱动、末端操作、感知认知、行走移动、动力学与控制等方面面临的技术挑战。然后,论述了空间机器人在多臂、超冗余、柔性化、可重构、仿生等新型机构构型方面的探索,介绍了空间机器人主动、被动柔顺关节方面的研究进展,论述了空间机器人末端执行器在专用化工具及通用化多指灵巧手两个方向的研究进展,总结了星表机器人在新型移动机构构型、高自主导航方面的研究进展,介绍了空间机器人在多传感器集成融合、力与触觉感知方面的研究进展,论述了空间机器人在多臂协调控制、柔顺控制、漂浮基座抓捕动力学控制等方面的研究进展。最后,展望了空间机器人在空间目标抓捕与移除、高价值飞行器在轨服务与维修、空间大型构件在轨组装及星球科学探测等方面的应用前景。     

工业机器人绝对定位误差补偿方法

现场环境下工业机器人连续作业运行容易导致定位漂移问题,利用外部高精度测量系统获取其末端执行器精确三维位置信息是机器人绝对定位误差的有效补偿方式.针对误差补偿三维测量高效率、高精度、高适应性要求,提出了一种基于工作空间测量定位系统的工业机器人精度补偿方法.利用测量定位系统的动态特性,设计了针对机器人工作轨迹空间的网格划分...     

具有时延的漂浮基空间机器人基于泰勒级数预测、逼近的改进非线性反馈控制

 探讨了本体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机器人在时间延迟(简称时延)情况下惯性空间轨迹跟踪的控制问题.利用拉格朗日方法并结合系统动量守恒关系,分析、建立了漂浮基空间机器人完全能控形式的系统动力学模型及运动Jacobi关系.以此为基础,针对系统存在时延的情况,利用泰勒级数预测、逼近的方法,建立了适用于时延情况下控制系统设计的数学模型.利用该模型,提出了一种空间机器人在时延情况下的改进非线性反馈控制方案.然后运用Lyapunov第二类方法,结合范数以及图形分析的方法证明了在时延情况下整个闭环控制系统的渐近稳定性.文中提到的控制方案能够有效地克服系统存在时延的影响,控制漂浮基空间机器人末端爪手跟踪惯性空间的期望轨迹.系统数值仿真结果证明了上述控制方案的有效性与精确性.     

空间机器人深度学习识别捕获部位的应用探讨

针对空间机器人对捕获部位识别方法的普适性、实时性和准确性等要求,提出了采用深度学习方法对空间机器人捕获目标的特征部位进行识别。通过比较分析方法、数据驱动方法等传统识别方法和深度学习方法的优缺点,发现深度学习方法对于解决空间机器人捕获部位识别问题具有显著优势。进一步分析了应用深度学习方法解决捕获部位识别问题的几个关键技术问题,为后续空间机器人在轨捕获目标的研究与实践提供了新的思路。     

超大作业空间涂装机器人研究进展

表面涂装是航空航天器、船舶、高铁等大型整机及其零部件生产制造的重要一环,超大作业空间的涂装机器人是实现整机以及大型零部件自动化喷涂的关键装备,也是提高我国高端制造领域特别是航空制造领域竞争力的核心技术之一。本文在简述近年来涂装机器人研究现状的基础上,总结了大型空间涂装机器人应用中的一些主要问题,探讨了超大作业空间涂装机器人的未来发展趋势和主要技术挑战。     

空间多功能在轨维护机器人系统及其末端执行器设计

空间机器人是空间在轨服务的一种重要工具。以合作目标与非合作目标的在轨维护为目的,通过对现有空间机器人研究现状的调研和分析,提出了基于末端工具可快换的多功能在轨维护机器人系统,并提出多种末端执行器设计方案。其中三指-三瓣式末端执行器作为末端工具快换装置,不仅具有机械接口捕获对接的功能,还具有电力/信号传输功能,以及机械臂动力传输功能;钢丝绳缠绕式末端执行器具有优越的容差和软捕获性能,适合用于实现对安装有捕获接口的合作目标以及非合作目标卫星发动机喷管的捕获;而欠驱动三指末端执行器具有良好的待捕获目标物体形状自适应功能以及软捕获功能,因此可用于对空间形状不规则的太空垃圾等目标进行非合作目标捕获。通过对多功能在轨维护机器人系统及其末端工具快换过程以及末端执行器对目标捕获操作的研究,所提出的基于末端工具快换的多功能在轨维护机器人系统有较好的应用前景。     

漂浮基空间机器人捕获卫星过程动力学模拟及捕获后混合体运动的RBF神经网络控制

 讨论了漂浮基空间机器人在轨捕获目标卫星过程的碰撞动力学建模,以及捕获操作结束后空间机器人与卫星混合体的稳定控制问题。首先采用多刚体动力学建模方法并结合空间机器人捕获目标卫星过程中的碰撞动力学特性,建立了漂浮基空间机器人在轨捕获漂浮卫星过程的动力学模型,并在此基础上计算出完成捕获操作后空间机器人与目标卫星混合体关节的运动速度。然后针对卫星及空间机器人系统惯性参数均是未知的复杂情况,应用上述模型、神经网络控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了空间机器人与卫星混合体在捕获过程碰撞冲击影响下稳定运动的高斯径向基函数神经网络控制方案,以达到对捕获卫星的有效控制。此外,高斯径向基函数神经网络控制方案具有不需要测量和反馈载体位置、移动速度与加速度的显著优点。系统数值仿真证实了上述控制方案的有效性。     

基于灵活磨削空间的面向复杂型面工件的机器人砂带磨削系统的结构尺寸优化研究(英文)

为了提高机器人砂带磨削系统加工复杂型面工件的磨削质量,提出了灵活磨削点和灵活磨削空间的概念,并且对其进行了定义。分析了影响灵活磨削空间的各种因素,提出了确定灵活磨削空间的方法。基于粒子群法,提出了一种通过优化磨削机器人的结构尺寸以及机器人相对于磨削轮的位置关系以获得足够灵活磨削空间的策略。最后,以磨削航空发动机叶片为例,利用本文提出的优化策略对一台专用的PPPRRR型磨削机器人的结构尺寸以及此机器人相对于磨削轮的位置关系进行了优化。仿真结果表明,如果叶片被置于此灵活磨削空间内,那么仅需使用一套夹具和一台磨削机即可实现复杂型面的磨削。     

基于阻抗内环的新型力外环控制策略

对于空间装配等与环境进行交互的任务,迫切要求空间机器人具有力控制的能力。利用机器人的关节力矩传感器,提出了一种新型的基于阻抗内环的力外环控制策略。在该方法中,内环采用阻抗控制代替传统的位置控制。阻抗控制内环使机器人具有一定的柔顺性,力外环通过期望力与实际力的误差对内环的参考轨迹进行修正,实现了机器人的力跟踪控制。另外,为了验证利用关节力矩传感器间接测量末端接触力的效果,机器人末端安装了一个高精度的JR3腕力传感器用来直接测量实际接触力。在基于位置内环和阻抗内环的力外环控制方式下,进行了机器人接触刚度变化较大环境（海绵、泡沫和铁块）的力跟踪实验。实验表明,当环境刚度变化较大时,相对于传统的力外环方法,本文提出的方法能够实现稳定的力跟踪性能。尤其对于铁块这种刚度很大的环境,该方法的有效性更加明显。     

Space Weather Research in China

Recent progress in space weather research are briefly presented here from three aspects: establishment or improvement in observation systems, such as extra-soft X-ray detector and γ-ray detector onboard the spacecraft ‘Shen Zhou 2’, new solar radio broad-band spectrometer, magnetometer-chain, ionosonde and digisonde–chain, laser-lidar system and VHF radar; partial topic progresses included in CMEs, multi-streamer structures, evolution of interplanetary magnetic field B _z component, regional properties of traveling ionospheric disturbances, a fully-nonlinear global dynamical model for the middle and upper atmosphere, and a combined prediction method for geomagnetic disturbances; and space weather activity, such as ‘Meridian Project’ — a national major scientific project, ‘International Space Weather Meridian Circle Program’ — a suggestion of internationalization of ‘Meridian Project’, ‘Space Weather Research Plan’ — a major research plan from National Natural Science Foundation of China (NNSFC) and other space weather activities. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

空间目标地基光电探测与识别技术的发展

空间目标地基光电探测与识别技术是空间态势感知的主要技术手段之一。首先归纳了空间目标的典型光学特征,分析了用于轨道与光学特征探测与识别的两类光电望远镜特点,梳理了国外空间目标光电探测与识别技术的发展历程,简要总结了空间目标地基光电探测与识别技术和应用需求间的主要问题,展望了空间目标光电探测与识别技术的未来发展方向。     

空间开发中的国际合作机制问题

回顾国际空间合作历史及相关问题。以法国国家科学研究中心研究为例，对未来国际空间开发合作机制进行了实验性探讨，分析了俄、美两国空间开发中的不同主张及合作前景。     

弱正则空间

本文给出了弱正则空间的定义,并研究了弱正则空间的性质,指出弱正则拓扑是一分离拓扑。     

2013 年国外载人航天发展综合分析

2013年,各主要航天国家依据本国具体国情,以审慎务实的态度持续推进载人航天活动。基于此背景,综述了2013年国外载人航天领域发展动态,梳理了国际空间站及深空探索领域的系列成果,分析了重型运载火箭、新型飞船、空间商业运输能力的发展趋势。     

用画法几何方法解决机务工作中一些空间机构的度量问题

本文以构架式飞机起落架和副翼操纵机构为例说明用画法几何方法求解空间构件受力和运动位移、速度等问题。所建议的方法只需三视图和简单的绘图工具,适于在外场机务工作条件下使用。     

空间电子束电聚焦系统的设计

根据国内外空间焊接技术的研究状况,提出了我国空间电子束焊枪用等径三圆简单透镜为主透镜的电聚焦系统设计方案和计算机辅助设计方法,利用计算机编程完成了聚焦系统的参数概算并取得了满意的结果。研究结果表明：电子束电流散焦小,在偏转磁场中束截面较小,工件上的束斑半径最小可达0．65615mm,可满足空间焊接和切割的需要,并证实了空间电聚焦系统的计算和设计方法是正确的。     

天地往返飞行器大开口舱门关键技术及其解决途径

大开口舱门是航天飞机和X-37B等天地往返飞行器不可或缺的组成部分,跨度达到了1/3~1/2飞行器机身长度,天地往返飞行器全任务周期内的载荷条件复杂和功能要求多样决定了舱门的研制难度极大。介绍了天地往返飞行器大开口舱门技术的国外研究现状,总结了大开口舱门的共性特点;提出大开口舱门研制过程中需重点突破的总体设计技术、热防护与热密封技术、重复展收技术、重复锁紧与解锁技术等关键技术,针对各项关键技术给出了可参考的解决途径。