力封闭虚拟手抓持规则研究

针对航天员虚拟训练虚拟手抓持操作中传统的碰撞检测和几何约束抓持规则判定标准简单、仿真效果不理想的问题,在力封闭判别和稳定静力抓持模型的基础上,提出了力封闭虚拟手抓持规则,实现了通过力与力矩计算判别是否抓持成功。并设计了两组抓持试验,从抓持接触点、被抓持物体材质等角度对抓持规则判定进行验证,结果证明该抓持规则可根据抓持手姿、被抓持物体材质,通过受力模型对抓持是否成功进行判别。通过力封闭计算制定抓持规则的方法,使抓持更符合实际抓持,为基于物理的虚拟手抓持研究提供了一种方法,可以应用到航天员虚拟训练虚拟手抓持中。     

闭链空间机械臂抓持载荷基于积分滑模的模糊自适应控制

讨论了载体位置、姿态均不受控制情况下,漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统的动力学建模与控制问题.利用拉格朗日方法和牛顿-欧拉法,分别建立了双臂空间机器人及抓持负载的动力学模型,并结合漂浮基空间机器人固有的线动量和角动量守恒动力学特性及闭合链约束几何关系,获得了抓持系统合成动力学方程.以此为基础,考虑到闭链双臂空间机器人系统结构的复杂性及某些参数的变动性,根据模糊控制理论和Lyapunov稳定性理论,设计了系统参数不确定情况下该抓持系统基于积分滑模面的力/位置模糊自适应协调控制方案,从而达到对抓持负载位置与所受内力的双重控制效果.系统数值仿真证明了控制方案的有效性与精确性.     

飞机总体设计的并行子空间算法

飞机设计是十分复杂的过程，它需要多个学科的综合协调及许多部门的共同合作。不同的学科之间存在着各种耦合关系。基于响应面的并行子空间算法通过将具有耦合的复杂系统进行分解，使其成为不同的子空间来处理解决耦合、非层次性的设计问题。通过响应面来完成各子空间之间的数据交换与协调，以此来逼近设计空间上的最优解。文中给出了一个飞机总体方案设计中解决飞机概念尺寸的算例，在子空间和系统层中均采用遗传算法进行优化，并与单级遗传算法的结果进行对比。研究表明，该算法能以较少的系统分析次数在设计空间内寻找出一个较好的设计方案，且具有较好的收敛性。     

基于抓持稳定度的多指灵巧手抓持控制

提出了一种控制多指灵巧手稳定抓持物体的新方法。首先给出了接触稳定度和抓持稳定度的定义及其相应的计算方法,然后探讨了基于抓持稳定度的多指灵巧手抓持控制方法。最后以北京航空航天大学的BH-2新型三指灵巧手为背景,对所提出的方法进行了仿真验证,仿真结果证明所提方法是有效可行的。     

一种基于LeapMotion的灵巧虚拟手抓取交互方法

利用物体抓取任务中所有五个手指运动的运动学分析结果,结合LeapMotion 运动跟踪设备的特点和 逆运动学,提出了一种简单而有效的灵巧虚拟手抓取交互方法,使用户在虚拟环境中,通过一只灵巧的虚拟手 作为化身,在不进行手指弯曲运动跟踪的情况下,即可自然地到达并抓取数字三维物体。验证结果表明,所提 出的方法比传统的基于正向运动学的虚拟抓取方法具有一定的优势。     

空间物体的若干法律问题研究

对空间物体的概念、特征进行了研究，探讨了空间物体与空间碎片以及航空航天物体之间的关系，从而明确了空间物体的内涵与外延。此外，对空间物体发射国和空间物体的登记制度进行了研究，提出区分不同情况确定发射国和通过协议划分损害赔偿责任的创新观点。     

虚拟手操作随动仿真算法研究

针对在交互操作过程中虚拟手抓持物体后,虚拟手及被操作物体如何逼真跟随运动的问题,分析了虚拟手交互操作过程。对虚拟手采用两层仿真模型,对绕轴转动类物体提出以转动角度计算其和虚拟手的随动算法,该算法保证了在移动过程中虚拟手与被操作对象的接触位置不变,实现了连续随动。给出了支持无约束自由移动类物体、有约束沿固定方向移动类物体和有约束绕轴转动类物体虚拟手交互操作统一仿真流程。最后通过空间站舱门和灭火器交互操作仿真实例对仿真流程和随动算法进行了综合验证,结果表明,仿真流程能适应不同约束类型的物体操作仿真,随动算法使得操作与视觉反馈一致,交互操作简单自然,实时性好,为后续航天员采用虚拟现实训练提供了有效的基础算法。     

基于IPMC材料的柔性抓捕机构设计

为克服传统空间飞行器在轨抓捕机构传动链多,耗能大,结构复杂等缺点,基于离子聚合物金属复合材料(IPMC)驱动电压低的特点,研制了一款五指柔性抓捕机构。通过修饰IPMC的端部,有效增加了抓捕机构的工作长度和粘附力,IPMC的柔顺特性使其在抓取物体时会贴附于被抓物体表面不会破坏物体表面结构。抓捕机构在直流±3 V的驱动电压下能够实现内收和外翻两种不同方式的抓取,消耗功率小、结构简单、操作方便,可行性得到了验证,有望应用于空间飞行器的在轨捕获系统。     

改进的卫星导航接收机抗干扰算法

在分析多级维纳滤波器实现算法的基础上,通过对相关相减算法中的阻塞矩阵进行改进,并利用其前向递推多级分解特性构造出空-时二维干扰子空间,然后结合子空间投影方法,进一步求出空-时抗干扰最优权值。与传统的相关相减结构多级维纳滤波方法(CSS-MSWF)相比,该方法在有限数据精度下,抗干扰性能要优于CSS-MSWF方法,具有更好的可行性和实用性。仿真结果验证了该方法的有效     

一种简化的机载MIMO雷达杂波特征相消器

针对机载多输入多输出(MIMO)雷达杂波抑制问题,提出一种简化的杂波特征相消器(EC).根据杂波在空时二维平面的先验分布离线构造杂波子空间.以此替代由协方差矩阵特征值分解(EVD)得到的杂波子空间,从而将最优权简化为一个确知投影矩阵与目标信号空时二维导向矢量的乘积,避免了传统EC方法中复杂的协方差矩阵估计和EVD运算,...     

榫齿接触分析的互补算法

本文根据变分不等方程理论论证了含摩擦弹性接触问题解的存在性和唯一性, 并使其等价于二次规划问题。接触体系各部分离散后凝聚到接触边界上形成出口刚度矩阵, 并根据接触面上法向位移的非穿透条件和摩擦律等条件, 导出非负变量 υ,λ的线性互补方程。直接采用二次规划的 Lemke算法, 其求解规模仅限于接触边界。榫齿模型接触分析结果和实验结果吻合较好。      

基于UG和ADAMS的新型夹持器虚拟设计与仿真

采用UG和ADAMS研究了一种新型夹持器机构BHG-1的虚拟设计和仿真方法,运用UG来实现夹持器三维模型的虚拟设计和虚拟装配;运用ADAMS对夹持器夹持不同形状物体进行运动学和动力学仿真.通过对夹持器机构的虚拟设计和仿真,不但可以直观地了解夹持物体的具体过程,还可以通过仿真曲线了解其速度、加速度以及接触力的变化情况.     

一种三维物体的视觉识别方法研究

研究了一种利用二维图像识别三维物体的方法。通过颜色特征提取物体的有效区域．使用链码描述了区域中三维物体的形状特征，并形成物体的形状特征向量。将该特征向量作为所设计的BP神经网络的输入进行物体匹配识别，网络输出为属于某种物体的隶属度。通过在各种光照环境下不同三维物体的二维彩色图像进行实验，证明了所提出方法的有效性。     

Grasping Strategy in Space Robot Capturing Floating Target

When the space robot captures a floating target, contact impact occurs inevitably and frequently between the manipulator hand and the target, which seriously impacts the position and attitude of the robot and grasping security. “Dynamic grasping area” is introduced to describe the collision process of manipulator grasping target, and grasping area control equation is established. By analyzing the impact of grasping control parameters, base and target mass on the grasping process and combining the life experience, it is found that if the product of speed control parameter and dB adjustment parameter is close to but smaller than the minimum grasping speed, collision impact in the grasping process could be reduced greatly, and then an ideal grasping strategy is proposed. Simulation results indicate that during the same period, the strategy grasping is superior to the accelerating grasping, in that the amplitude of impact force is reduced to 20%, and the attitude control torque is reduced to 15%, and the impact on the robot is eliminated significantly. The results would have important academic value and engineering significance.     

基于连续同伦算法的天基仅测角初定轨方法

要进一步提高天基短弧初定轨的精度,在观测资料精度较高的情况下,仅考虑二体问题是不够的,还应考虑轨道摄动的影响。因此,基于无摄初轨的单位矢量法原理和矢量斜分解方法,给出了考虑摄动的天基仅测角初定轨单位矢量法。针对天基仅测角观测条件方程组求解过程中易出现迭代不收敛或收敛到平凡解的问题,引入连续同伦算法求解观测条件方程组,提出了单星观测方式下的空间目标天基仅测角初定轨方法,并通过数值仿真算例验证了该算法在较大范围的收敛性和数值稳定性。     

Equivalent transformation for a partially adaptive array

A partially adaptive array is one in which elements of a phased array are controlled or adaptively weighted in groups or in which certain elements, called auxiliary elements, are made controllable. Mathematically, this type of array is formed by transforming all of the elements of an array by a nonsquare matrix such that the resulting output vector has a length less than the number of array elements. It is shown that there is an equivalent matrix transform that can effectively be utilized in analyzing the partially adaptive array's performance when a small number of external jammers are present. Processor implementation and convergence rate considerations lead to the desirability of reducing the dimensionality of the cancellation processor while maintaining good sidelobe interference protection. A meaningful measure of canceller performance is to compute the optimal output signal-to-noise ratio. This expression is a function of the jammer, direction-of-arrival vectors (DOAVs), jammer powers, the array steering vector, and internal noise. It is shown that if this expression is computed for the fully adaptive array then it is easily computed for the partially adaptive array by transforming the jammer DOAVs and the steering vector by the orthogonal projection matrix defined by the rows of the subarray transformation matrix and substituting these vectors back into the original expression for the fully adaptive array     

高动态环境下舰载子惯导系统分段对准方法

本文在分析惯导系统现有对准方法的基础上,对于拥有高度动态性能的广泛一类的受控运动体提出了一种顺序对准方法和算法,分析了所提出方法可达到的精度和为达到所指出精度所需要的时间。     

一种适用于气动优化的高效自适应全局优化方法

随着设计空间的增大和优化问题非线性程度的提高，基于代理模型的优化（SBO）过程收敛越来越慢，并且在局部勘测上呈现不足。本文发展了一种高效自适应全局优化方法，在整个样本细化迭代过程中采用变设计空间取样：即在每一步样本细化迭代过程中，利用当前设计空间中的样本建立代理模型，并且根据样本的内部特征，利用模糊聚类算法将该设计空间分割成几个子空间，然后在每个子空间内通过最大化目标函数的期望提高函数和最小化模型预测目标来增加新的样本，之后对子空间进行融合更新设计空间。6个解析测试算例的结果表明，所发展的方法相比于一般的代理模型优化方法，具有更好的鲁棒性以及全局探索和局部勘测能力，更适用于具有强非线性和多极值的优化问题。RAE2822气动优化实例表明，所发展的方法在处理工程实际问题时，仍然能够保持很好的效率、鲁棒性和自适应性。     

Optimal measurement scheduling for state estimation

We consider the problem of optimal allocation of measurement resources, when: (1) the total measurement budget and time duration of measurements are fixed, and (2) the cost of an individual measurement varies inversely with the (controllable) measurement accuracy. The objective is to determine the time-distribution of measurement variances that minimizes a measure of error in estimating a discrete-time, vector stochastic process with known auto-correlation matrix using a linear estimator. The metric of estimation error is the trace of weighted sum of estimation error covariance matrices at various time indices. We show that this problem reduces to a nonlinear optimization problem with linear equality and inequality constraints. The solution to this problem is obtained via a variation of the projected Newton method. For the special case when the vector stochastic process is the state of a linear, finite-dimensional stochastic system, the problem reduces to the solution of a nonlinear optimal control problem. In this case, the gradient and Hessian with respect to the measurement costs are obtained via the solution of a two-point boundary value problem and the resulting optimization problem is solved via a variation of the projected Newton method. The proposed method is illustrated using four examples