下肢微重力模拟外骨骼系统的研究

针对悬吊式微重力环境模拟系统无法补偿人体下肢重力负荷的不足,设计了用于补偿人体下肢重力负荷的外骨骼系统。外骨骼系统采用被动重力补偿方法实现对下肢的重力补偿,能够对重力补偿水平进行调节控制。根据重力补偿原理,采用刚度矩阵法,对重力补偿设计公式进行推导,建立弹簧参数与系统几何惯性参数之间的关系。研究分析重力补偿对人体下肢系统动力学性能的影响,最后利用ADAMS软件对下肢系统模型进行仿真,仿真结果验证了外骨骼系统重力补偿原理和设计公式的正确性以及在实际运用中的可行性和合理性。     

一种无源被动式人体低重力模拟系统的力学性能仿真分析

针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明：该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。     

航天员低重力运动模拟训练方法与研究综述

针对主要应用于航天员模拟失重训练与低重力环境下的人体科学研究的低重力环境模拟方法,介绍了包括抛物线飞行、中性浮力水池、虚拟现实技术、悬吊式重力补偿系统以及新近出现的被动式外骨骼系统等在内的国内外模拟低重力环境主流方法的工作原理与利用这些方法开展的科学研究与工程应用,对这些方法的优缺点与适用条件进行了比较与分析。发现抛物线飞行的低重力模拟效果较好,但持续时间有限;中性浮力水池为低重力模拟训练提供了充足的空间,但液体阻力会影响训练的效果;虚拟现实技术无法提供对低重力的体感;气浮台与悬吊式重力补偿系统虽然能对航天员受到的重力进行补偿,但其结构对航天员的运动构成了一定的限制。提出研发低重力模拟功能完善、低重力模拟范围可调、多运动自由度、人机工效良好以及支持多人与人机协同训练的新一代低重力模拟系统,作为开展航天员低重力环境模拟训练和低重力人体运动生物力学实验研究的平台,以满足未来载人航天任务的需求。     

外骨骼辅助行走中平衡控制技术的研究

外骨骼辅助行走中平衡控制是低重力环境下保持正常的平稳行走姿态以及行走安全性的关键,针对这一问题阐述了外骨骼辅助行走中基于位置控制与ZMP(零力矩点)控制相结合的综合平衡控制策略。首先通过建立ADAMS虚拟仿真模型,为控制策略的研究提供仿真模型和参考数据;建立了支撑域模型和ZMP检测模型,并设计了平衡控制策略,在基于地面外骨骼系统的演示验证中,将人机系统等效为两连杆支撑质点的模型,通过控制膝关节液压杆,使系统的ZMP始终处于稳定支撑域内,由此保证人机系统处于平衡状态;同时将位置控制与改进的ZMP控制结合在一起,设计综合控制策略,采用分段控制方式,不仅提高了人机系统的柔顺性及穿戴者的舒适度,同时也提高了人机系统运动的稳定性和安全性。     

基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法

为准确测量工业机器人在飞机装配中的真实装配受力,提出了一种基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法。借助激光跟踪仪等外部测量设备,建立了机器人系统的全局运动学模型,实现机器人末端位姿的精准获取。利用卡尔曼滤波处理力传感器信号,以获取更加准确平稳的外部力信息。基于最小二乘法建立了末端负载重力分量与位姿的映射关系,其中,考虑了力传感器的零点偏移与机器人安装偏差带来的影响。最后开展了机器人负载重力在线补偿试验,试验结果表明,该方法具有良好的效果。     

面向航天器装配的机械臂柔性力控研究

针对航天器装配的特点,研究一种机械臂柔性力控方法:在机械臂末端安装六维力传感器感力与力矩信息,通过重力补偿消除负载重力的影响,得到外部作用力/力矩信息作为输入控制机械臂运动,实现负载的柔性随动。     

基于遗传算法的机器人负载重力补偿优化算法研究

航空航天装配领域,利用安装在机器人末端的六维力传感器来感知外力是实现工业机器人柔顺装配的关键技术之一,而负载的存在会干扰对外力的感知。针对工业机器人末端负载的重力补偿,提出一种基于遗传算法的重力补偿优化算法。此方法以误差平方和最小为目标建立了最优解模型,利用遗传算法求解,最终可以在不使用测量仪器的情况下,估计力传感器安装偏角,提高重力补偿精度。同时设计了特定的机器人测量姿态来减少系统误差。试验表明,优化算法可以补偿任意角度的力传感器安装偏角,与补偿前相比,各方向最大重力补偿误差及平均重力补偿误差都有所减小。     

用于微低重力模拟装置的主动补偿控制方法

针对一类微低重力模拟装置因惯性力和弹簧重力导致模拟精度受限的问题,研究采用主动补偿装置改善模拟精度的控制方法。基于势能守恒原理和第二类Lagrange方程建立了考虑弹簧重力的动力学模型,采用三阶观测器对模拟装置内的关节速度、加速度进行观测,两者结合给出了弹簧重力及系统惯性力补偿模型。以某微低重力模拟装置为应用对象,在模拟月球重力环境下的跳跃试验中验证补偿策略的有效性。试验结果表明：该补偿方法能够有效提高微低重力模拟装置运动过程中的失重模拟精度。     

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法

针对机器人卫星装配阶段舱板与主框架装配精度低、装配干涉力过大的问题,提出了一种融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法。利用视觉检测装置建立卫星舱板与主框架装配误差在线测量系统,并完成了双目标定、机器人手眼标定、其他部件相对位姿的标定,提出了卫星舱板与主框架装配误差补偿控制方法,实现了装配误差实时测量与精确补偿;同时,通过力觉检测装置完成了机器人末端负载辨识与重力补偿,实时测量卫星舱板与主框架装配干涉力,实现了卫星柔性装配。试验结果表明,采用融合视觉与力觉的卫星装配误差在线测量与补偿方法后,卫星舱板与主框架装配误差控制在0.2 mm以内,装配干涉力小于50 N,满足了卫星装配的精度需求,证明本文所提方法的有效性和稳定性。     

推力向量控制方案及计算

本文归纳推力向量控制的主要方案,着重介绍摆动喷管、流体二次喷射方案的计算思路和结果.摆动喷管中的流场计算要考虑导弹偏摆对所产生的惯性力的影响;所得壁面压力畸变图说明,它是一个三维流场.在摆动喷管设计中要将铰链力减至最小,流体二次喷射的侧向力通过“等效实体模型”,用爆炸波的解来计算.     

基于刚度优化的绳牵引并联支撑系统力/位混合控制

针对应用于风洞试验的八绳牵引并联支撑系统高性能运动控制问题,开展绳索张力实时优化与力/位混合控制技术研究。基于动态试验需求和系统刚度矩阵,选择主刚度加权和最大为目标函数,将其转化为线性规划问题,采用二维凸多边形张力可行域顶点法进行实时求解,并根据绳索张力变化约束进一步提出连续可行域,确保解的连续性,实现其优化分布;设计一种基于电机转角和绳索张力反馈的力/位混合控制策略,其中位姿控制环采用计算力矩法,并利用实际绳索张力补偿惯性力和非线性力等,进而开展稳定性分析。以风洞试验中典型的推力模拟、俯仰振荡等线位移和角运动轨迹为例,在原理样机上开展控制验证实验。研究结果表明该控制策略能够实现对末端飞行器模型位姿和绳索张力的有效跟踪,且具有较高的精度和良好的稳定性,可以为绳牵引并联支撑在风洞动态试验中的应用提供技术支持。     

力补偿压差回油活门设计

压差回油活门是航空发动机和燃气轮机燃油控制系统中的重要调节元件。为了解决常规结构压差回油活门压差保持 精度较低的问题，采用理论分析与数值仿真结合的方法开展了带力补偿结构的新型压差回油活门设计。基于常规结构的压差回 油活门分析得出影响压差保持精度的主要因素是弹簧力增量和稳态液动力；提出了一种参数设计的流程和方法及能够消除弹簧 力增量和稳态液动力影响的力补偿压差回油活门结构，采用AMESim软件建立了力补偿压差回油活门仿真模型，对力补偿压差回 油活门在多种干扰下的压差保持精度进行了仿真分析。结果表明：力补偿压差回油活门可消除弹簧力增量和稳态液动力的影响， 压差保持精度可达±0.01 MPa，显著优于常规压差回油活门的。力补偿压差回油活门的参数设计方法简单有效，可用于工程设计。     

外骨骼机器人控制方法综述

外骨骼是一种结合了人的智能和机械动力装置的机械能量的一种人机结合的机器人,它可以辅助人承受负载,有效增强人的负重能力,帮助人们在各种复杂地形上面行走。外骨骼技术是一种复杂的人机技术,在国际上发展迅速,但在我国还处于起步阶段。文章介绍了外骨骼技术的研究现状,详细论述了外骨骼的控制目标和各种控制方法,希望引起研究人员对外骨骼技术发展的重视,促进我国在外骨骼领域的发展。     

一种用于井眼轨迹测量的惯性解算方法

在井眼轨迹测量的惯性解算过程中,需要根据重力场模型补偿地球重力向 量。结合井下惯性测量的实际情况,从地球内部构造特性着手,采用重力点质量模型的 方法推导出适用于地表岩层内的重力梯度模型,进而得出便于参与惯导力学方程编排的 重力场模型。用Matlab 编写惯导仿真程序,分别将传统重力模型与新建重力模型代入惯 导程序,对比相同导航时间内解算产生的导航参数误差大小。对比结果显示：含新建重 力模型的惯性解算方法可以有效地提高井眼轨迹测量的精度。     

TC11钛合金插铣加工铣削力影响参数的灵敏度分析

 为优化钛合金插铣加工工艺参数,对铣削力的控制提供试验依据,采用三因素四水平正交试验方法对TC11钛合金进行了插铣试验,运用多元线性回归进行数值拟合,建立了三向铣削力的数学模型。基于此模型,采用灵敏度分析的方法,分别分析了三向铣削力对铣削速度、每齿进给量和铣削深度的绝对灵敏度和相对灵敏度,研究了铣削参数对铣削力的影响规律。结果表明：钛合金插铣加工中,三向铣削力都随着铣削速度、每齿进给量和铣削深度的增加而增加,但影响程度不同;z向铣削力比x向、y向铣削力对铣削参数变化更为敏感;三向铣削力都是对铣削深度的变化最敏感,对每齿进给量次之,对铣削速度最不敏感。     

电传飞行控制系统法向过载传感器补偿方法研究

现代战机普遍采用数字电传飞行控制系统进行增稳和控制。法向过载是飞控系统的重要反馈。受重力影响,法向过载传感器的测量值会随飞机姿态变化,给飞机的配平和操纵带来困难。本文以某型电传飞机为例,利用飞机姿态信息对法向过载传感器测量值进行补偿,并通过仿真验证其效果。     

外骨骼伺服驱动器效率提升研究

以电机驱动为动力源的外骨骼具有控制精度高、安全可靠等特点,然而能耗问题限制了此类外骨骼的工作时长.为提升外骨骼伺服驱动器效率,对永磁同步电机的调制策略进行研究.通过不同调制策略的开关损耗对比分析,提出了基于不连续脉宽调制技术DP WM的效率优化控制策略,并采用基于零序分量注入的方法,实现调制策略的归一化生成.对驱动器效...     

基于自适应动态规划的运载火箭智能姿态容错控制

针对运作火箭主动段发动机摆动执行机构故障下的姿态控制问题,结合自适应动态规划（ADP）方法设计了一种智能容错控制策略。该智能容错控制器主要包括2部分：容错稳定控制部分和优化补偿部分。容错稳定控制部分利用自适应和滑模变结构控制设计,主要维持执行机构故障下姿态控制系统的稳定,保证姿态跟踪误差的有限时间收敛;优化补偿部分采用执行-评价结构,利用ADP的在线学习优势,根据姿态系统的跟踪误差（尤其是系统故障、强干扰导致的跟踪偏差）,设计ADP算法产生补偿控制来进一步优化姿态控制系统的跟踪性能。仿真验证表明,即使存在外部干扰和执行机构故障的情况下,所提方法仍能保证系统稳定且精确跟踪指令信号。     

高精度惯性导航系统重力补偿方法

重力扰动是高精度惯性导航系统的一项重要误差源,重力补偿是降低惯性导航系统误差的一项关键技术。通过基于对确定性模型、数据及外部辅助3种重力补偿方法的分析和研究,总结得出了各补偿方法的研究方向以及适用范围,对进一步提高我国未来更高精度惯性导航系统的导航精度具有指导意义,并提供了方法上的参考。