空间飞网捕获机器人系统时变惯量姿态动力学研究

空间飞网捕获机器人系统提供了一种新的以柔性飞网为作业方式的在轨捕获模式,其捕获过程当中系统姿态动力学与普通航天器相比有较大的不同,主要表现在飞网抛射及捕获过程中系统质量特性不断发生变化,使得该系统姿态动力学呈现出丰富的特性.详细研究了飞网捕获机器人捕获前后二维轨道平面内的姿态动力学模型,在考虑重力梯度力矩的情况下建立了飞网抛射及捕获过程当中系统的惯量时变姿态动力学模型,并根据不同的初始条件完成了数值仿真.仿真结果说明在飞网抛射及目标捕获过程中系统会发生明显的面内天平动.该文的研究结果为后继飞网捕获过程当中的姿态协调控制及射网路径规划的研究提供了理论支撑.     

空间绳网捕获性能及误差影响分析

针对空间绳网的抓捕过程,确定了抓捕成功的评价标准,研究了多种非理想因素对绳网抓捕过程的影响。使用弹簧质点法建立了绳网的动力学模型,并建立了计入摩擦力的绳网碰撞动力学模型。以绳网边长为度量确定了抓捕目标的理论极限包络。提出了理想工况和非理想工况下界定绳网抓捕成功的判据,并重点研究了发射速度误差、发射同步性和抽出阻力差异对绳网抓捕性能的影响。结果表明:以展开率80%作为抓捕成功的界定标准过于严格,空间绳网具有较高的抓捕容错能力。     

空间碎片捕获过程动力学建模综述

文章分析了绳系捕获系统建模及精细化、捕获系统低阶鲁棒控制器和捕获过程半物理仿真的研究现状,并提出了有关空间碎片捕获过程动力学建模及仿真验证领域待解决的一些基本问题,为研制空间碎片回收系统奠定了理论基础。     

空间柔性绳网多碎片捕获动力学研究

随着空间碎片数量的增加,其对近地轨道中的在轨卫星产生越来越严重的威胁,空间多碎片的高效清理在近年来也成为了学界关注的热点问题。针对柔性绳网在一次任务中同时对多个碎片进行捕获清理的问题,建立了柔性绳网的动力学模型和与碎片接触动力学模型,并对捕获过程中柔性绳网与碎片的运动进行了仿真模拟。针对绳网的最大拉伸力、质量块位移速度等变量,深入分析捕获过程中绳网与碎片的运动特性。数值仿真结果表明,在一次任务中,柔性绳网可以对多个旋转空间碎片进行捕获,并实现稳定的包裹缠绕,展示了柔性绳网良好的捕获能力。     

空间可展结构非线性动力学特性实验研究

由于可展结构在运动过程中的时变性，特别是干扰所引起的非线性动力学特性，涉及许多深层次尚在探讨的动力学问题。为了考察间隙非线性对系统动力学性能的影响，本文对空间可展结构进行了动力学实验研究。实验结果表明理想结构与实验结构存在较大差异，铰接间隙等非理想机械因素导致系统复杂的非线性动力学行为，使系统的动力学性能下降。     

空间非合作目标在轨光学捕获方法研究

针对空间非合作目标尺寸和运动特性差异大、现有基于单一特性的捕获方法适应性差的问题,设计了星图信息和运动特性相结合的非合作目标光学捕获方法。并结合硬件电路特性,提出了一种基于DSP+FPGA异构双核目标捕获嵌入式平台架构,解决了在轨应用难题。通过全物理仿真试验对实现的非合作目标嵌入式捕获系统的功能和性能进行了全面测试。结果表明,系统具备1024×1024@20p格式视频的实时处理能力。且对于不同运动速度、不同尺寸的非合作目标均能够准确捕获。采用蒙特卡罗方法随机生成了1000个初始视轴指向进行测试,基于电子星图模拟器和光学星图模拟器的目标捕获正确率均达到99.8%。综合而言,该解决方案的计算精度高,鲁棒性好,适应性强,能够有效应用于执行高精度非合作目标在轨监测和清理等任务。     

大型空间机械臂关节动力学建模与分析研究

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。为全面反映大型空间机械臂关节的动力学特性并从细节之处优化关节设计,利用集中参数法建立了综合考虑轮齿柔性、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合误差等非线性因素的细化关节动力学模型。模型中采用一种基于tanh的连续函数对传统分段线性间隙函数进行近似,从而降低了模型的求解难度。研究了各级齿轮精度、关节转速和负载对关节动力学特性的影响。仿真结果表明,三级齿轮的精度变化会影响关节转速波动的振幅并分别影响高、中、低频特性;转速的增加将提高振动频率和幅值;力矩负载的增大会使关节转速波动幅值显著增大,且在满载时,所有的高阶频率都得到明显激励;惯性负载的增大会减小转速波动,并将能量集中在中频上。
     

空间暗弱慢速目标的捕获跟踪控制技术研究

为了实现对空间暗弱慢速目标的自主高精度捕获跟踪,需要设计高精度、高可靠性的捕获跟踪控制算法。文章在现有星敏相机相关技术的基础上分析了捕获跟踪控制算法工作流程,将其划分成相对独立的6大功能模块,并简述了这些功能模块与现有星敏技术的继承性。文章对光学捕获跟踪系统组成进行论述,并阐述了捕获跟踪控制算法各大模块设计的实现方法及研究现状,梳理出了其中的三大关键技术:星图数据库设计、星图匹配算法和目标捕获算法。文章研究光学捕获跟踪系统中相关算法的设计和改进方法,特别是针对其中的关键技术,详细论述了国内外前沿的优化方法,对关键技术的改进方案提出了未来的工作思路。     

空间碎片飞网捕获仿真研究

文章利用动力学建模的方法分析了采用柔性飞网进行空间碎片捕获的过程。以非合作性目标捕获系统为基础建立了柔性飞网X模型,利用EXCEL和MATLAB对飞网捕获碎片的全过程进行仿真,重点分析了抛射速度和抛射角度对飞网捕获能力的影响。结果表明,随着抛射角度的增大,飞网的捕获能力无明显变化;随着抛射速度的增大,飞网的捕获能力增强。     

柔性多体系统动力学实验研究

本文针对一平面两杆机构开展了柔性多体系动力学实验研究。文中介绍了实验系统的组成；阐述了基于应变法测量作大范围运动柔性梁弹性振动位移的原理；描述了包括模态分析和动力学响应实验在内的实验过程和结果，通过与相应仿真结果的对比分析证实了实验结果的准确性和可靠性。     

空间站大机械臂锁合末端效应器设计及关键技术研究

论文首先对机械臂末端效应器的研究发展概况进行综述,对国内外典型的末端效应器的功能、技术指标、适应性特征进行综合对比分析;其次对大机械臂锁合末端效应器的结构组成、工作原理及特点进行介绍,并对其发展趋势进行分析;最后结合国内研制现状重点对锁合式末端效应器的关键技术进行研究分析。论文研究工作对于我国即将开展的空间站机械臂建设具有参考价值。     

天梯动力学与控制研究进展

简要介绍了天梯系统的组成和初始部署形式。在此基础上,针对天梯初始部署和运行中存在的复杂动力学与控制问题,分别从天梯动力学建模、天梯稳定性、天梯绳索振荡、攀爬器运动引起的绳索振荡及振荡抑制、天梯初始部署动力学五个方面分析归纳了天梯动力学与控制的发展状况,最后对天梯动力学与控制的发展方向进行了总结及展望。     

临近空间载人舱着陆动力学及影响因素分析

为满足临近空间载人舱着陆缓冲装置可重复使用以及多着陆工况下能提供较好缓冲性能的要求,提出一种以双腔油气缓冲器为主支柱,单腔油气缓冲器为辅助支柱的新型着陆缓冲系统。针对舱体着陆过程,建立了考虑地面弹塑性变形的联合仿真动力学模型;通过与单腿着陆冲击试验的对比分析验证了所建动力学模型的有效性。在此基础上,研究了水平着陆速度,着陆俯仰角以及地面摩擦系数三种初始着陆条件对临近空间载人舱着陆性能的影响。研究结果表明：降低水平着陆速度可有效减小舱体水平着陆过载及提高着陆稳定性能;水平或小俯仰角着陆可使主、辅支柱的受载分配更加合理;减小足垫与地面间摩擦力可降低舱体竖直过载并提高着陆稳定性能。     

自主机动空间绳网机器人设计与动力学建模

设计了一种新型“平台+绳系+柔性网+自主机动单元”结构的空间机器人系统,较强的机动能力和较大的任务范围使其在空间垃圾清理任务中具有显著的优势。详细描述了自主机动空间绳网机器人的概念、任务过程和特点。为了分析自主机动空间绳网机器人逼近目标过程开始时柔性网网型的变化趋势,采用质量集中法建立了逼近过程的动力学模型,模型中将柔性网离散化为无质量弹性杆和质点的集合,同时考虑了自主控制力的作用。在不同条件下对逼近过程中的网型变化进行了数字仿真,仿真结果表明：逼近过程开始时,自主机动单元无控状态下柔性网将产生收口运动,且收口运动的强弱与自主机动单元和柔性网的初速有关;逼近轨迹也将偏离目标方向。通过自主机动单元的自主控制力能够避免收口运动和逼近方向偏移的产生。     

星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真

以星载大型可展开天线为对象,研究了索网绷紧前天线反射器桁架在轨展开动力学过程。对大型天线展开机构特点和展开原理进行分析,建立了反射器桁架驱动和传动机构动力学模型。为避免初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异,以及小展开角情况下动力学方程左端系数矩阵数值性态差问题,提出了基于几何的替代约束求解方案。对星载大型天线在轨展开动力学过程进行了数值仿真,仿真结果表明,提出的方法能够有效解决初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异问题。     

太阳翼地面展开锁定的动力学仿真分析

利用ADAMS软件的柔体动力学计算功能,将ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件联合,建立太阳翼地面展开及锁定仿真模型,从太阳翼展开初始就考虑连接架和基板的弹性,以及地面各影响因素的影响,对太阳翼地面展开锁定过程进行连续的仿真计算,得到了对驱动机构的冲击载荷等动力学性能.分析方法得到了试验的验证.其后,给出了太阳...     

空间光学遥感器扫描运动部件运动学与动力学分析方法研究

利用CAE的建模及仿真技术并应用运动学和多体动力学分析软件 (RecurDyn)与结构力学分析软件 (Nastran)相结合的分析研究方法为解决某类带扫描运动部件的空间光学遥感器的运动特性分析及设计提供了参考 ,对该运动机构设计的合理性进行了初步分析评估     

辐射开环空间绳系机器人编队动力学及控制

提出了一种新型辐射开环空间绳系机器人编队系统,其在编队稳定性、任务灵活性及燃料消耗等方面具有明显的优势。针对辐射开环空间绳系机器人编队系统自旋运动过程中的构型误差控制问题,首先建立了编队系统的自旋动力学模型;然后分析了空间绳系机器人的绳系拉力和空间平台的自旋扭矩对编队系统自旋运动中出现的构型误差的控制能力;设计了一种依靠空间绳系机器人绳系拉力和空间平台自旋扭矩作为控制量,对构型误差进行控制的协调控制方法;最后通过数字仿真进行了校验和分析。仿真结果表明：设计的协调控制方法能够明显改善编队系统自旋运动中构型误差的控制效果。     

空间机械臂关节动力学建模与分析的研究进展

空间机械臂的机械部分是一个由关节和臂杆等结构、机构部件组成,在空间零重力环境下运行的多体系统。关节是空间机械臂的核心部件,在机械臂动力学特性中起着重要的作用。准确全面地了解关节的动力学特性,是正确分析与模拟机械臂系统空间运动特性的关键,而建立精确的关节动力学模型,是机械臂系统设计、分析和控制的基础。文章结合空间应用的特殊性,对机械臂关节动力学建模方法的发展过程和研究成果进行了总结;并讨论了关节模型的求解算法;最后,对空间机械臂关节动力学建模与分析方面有待进一步研究的问题进行了展望。     

地月循环轨道动力学建模与计算研究

根据地月循环轨道的概念,按照生成第二类周期轨道的弧段进行分类,并讨论了其共振性与对称性在轨道设计与应用中的作用。然后归纳了三种循环轨道的动力学建模与计算方法及其轨道延拓策略,最后总结了三种方法的利弊和应用轨道类型。对地月系统循环轨道的研究和分析,能够为我国未来载人登月工程提供一种新的思路与理论支持。