谐波齿轮传动分析

阐述了谐波齿轮传动的工作原理，分析了谐波齿轮传动的几何关系和运动关系，讨论了渐开线齿廓在谐波齿轮传动中的应用，并通过对谐波齿轮传动主要失效形式的分析，得到变形柔轮是整个轮系中强度最低的零件的结论，在此基础上，提出了谐波齿轮轮系部件的设计关键在柔轮的观点，并通过对柔轮应力计算的分析，详细介绍了其一般设计方法。     

空间机械臂关节精细动力学模型的建立及关节力矩控制

针对空间机械臂辅助对接任务中的复杂关节力矩控制问题,建立了含间隙、非线性刚度及啮合阻尼的多级行星齿轮传动复杂关节精细动力学模型,该模型不仅考虑了齿轮啮合刚度,而且考虑了齿轮轴的扭转刚度。提出了一种基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法,并以此建立关节力矩控制系统,利用Runge\|Kutta算法对关节精细动力学模型进行了数值计算。计算结果表明,此关节力矩控制方法约有1.7%的稳态误差,能满足关节力矩控制的需要;基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法有效地解决了提高关节力矩测量精度与保持传感器刚度之间的矛盾。     

谐波减速器空间润滑及性能研究

谐波减速器采用的润滑技术是影响其在轨运动性能和服役寿命的主要因素。以XB40-200型谐波减速器为研究对象,刚轮-柔轮传动副采用油脂润滑,柔性轴承采用固体润滑,在优于1×10 -3Pa真空环境中进行了减速器传动效率和工作负载、工作温度关系研究,并开展了1000 h真空寿命试验。结果表明：谐波减速器传动效率随工作负载的升高总体呈增大趋势,在真空寿命试验的前500 h谐波减速器传动效率随工作温度升高而升高,后500h中其传动效率基本保持一致,1000 h真空寿命试验结束时谐波减速器传动效率平均值约50%。试验后对减速器进行分解得到,柔轮内壁与波发生器接触部位磨损明显,是下一步润滑工艺改进的重点。
     

柔索牵引式力觉交互机器人工作空间分析

为了在地面上实现航天员的虚拟作业训练,基于柔索牵引式并联机器人,研究了与VR技术结合的柔索牵引式力觉交互机器人的力螺旋可行工作空间。建立平面柔索的静力学模型,分析竖直平面内4柔索3自由度末端执行器不同位姿及人机交互力下的力螺旋可行工作空间,对比分析了柔索牵引式力觉交互机器人在实际应用中交叉柔索不同布局方式、外力旋量和末端执行器不同结构参数对力螺旋可行工作空间的影响。确定了合理的柔索牵引式力觉交互机器人的力螺旋可行工作空间、合理的柔索布局、末端执行器的结构参数。因为柔索牵引式力觉交互机器人具有工作空间大、可以提供较大的力及力矩、刚度可变、安全性高、人机交互性强等优点,因此可以满足航天员虚拟作业训练的需求。     

机器人组装超大型结构的姿-轨-柔耦合动力学仿真

机器人空间组装是建造超大型航天器的重要方式。当前针对空间组装的研究大多集中于小型结构,没有考虑万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应的影响。本文针对主结构-空间机器人-待组装结构组成的系统,建立姿-轨-柔耦合动力学模型,研究万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对组装过程的影响。首先,将空间机器人看作刚体,将主结构和待组装结构看作柔性体,分别采用自然坐标法和绝对节点坐标法进行运动学描述;然后,考虑刚体和柔性体的动能、万有引力势能和弹性势能推导系统的Hamilton方程,计入万有引力和万有引力梯度的影响;最后,通过轨迹规划和轨迹跟踪控制实现空间机器人空间组装超大型结构的姿-轨-柔耦合动力学仿真,给出组装过程中系统的轨道运动、姿态运动、空间机器人关节空间和笛卡尔空间、结构振动等动力学响应。研究发现:万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对空间机器人的控制力矩和组装精度产生显著影响,在组装方案设计和控制系统设计中必须予以考虑。     

空间机器人路径规划综合优化方法

执行复杂操作的空间机器人常具有冗余自由度,从而可以在执行任务过程中通过关节参数的合理规划对指定目标进行优化。振动和操作灵活性是评价空间机器人性能和任务完成质量的两项重要指标,而关节力矩的大小是影响振动的重要因素。文章提出了一种路径规划综合优化方法,在对机器人末端运动速度进行优化处理的基础上,利用其冗余自由度,对关节力矩和评价操作灵活性的条件数指标进行综合优化。以平面3自由度机器人为对象建立数学模型,并在零重力环境下对相同任务进行数学仿真。仿真结果显示,采用文章优化方法,关节力矩与操作灵活性指标均得到了有效优化,验证了所提出方法的有效性。     

薄壁密封柔轮的加工工艺

介绍了向密封器中传递运动和动力的传动形式。这种传动结构形式是利用密封谐波传动的特性向有严格密封要求的容器中传递的。其关键件密封柔轮壁厚只有零点几毫米，且外圆柱面具有数百个小模数轮齿的薄壁零件，加工难度大。通过改变谐波齿轮传动参数与结构尺寸，满足了向密封容器传递运动与动力；采用膨胀芯轴与平头尾顶尖配合使用的方法，减少了装夹变形与切削加工难度，保证了密封柔轮的质量。     

谐波齿轮传动柔轮的制造工艺

谐波齿轮传动与齿轮和蜗轮副相比,具有体积小、重量轻、速比大,传动精度高的独特优点。它日益广泛的被应用于机械设备、测试设备、自动控制、纺织机械、通讯、宇航等设备中。 谐波齿轮传动自一九五九年在美国问世以来,在我国已有应用。柔轮是谐波齿轮传动中重要柔性构件之一,它的制造工艺直接影响谐波齿轮传动的质量,寿命、承载能力及可靠     

考虑在轨运动可靠性的空间机械臂关节力矩优化方法

提出一种考虑在轨运动可靠性的冗余度空间机械臂关节力矩优化方法。首先将机械臂操作空间中点到点的转移任务从笛卡尔空间转换至关节空间,利用七次多项式插值法对各关节变量进行参数化处理,获得粒子群算法的优化控制参数;与传统路径规划方法不同,将机械臂各关节力矩的均值和最小作为粒子群算法优化求解的目标函数;依据该目标函数以及相应优化控制参数,利用粒子群算法对空间机械臂运行轨迹进行优化求解,得到机械臂关节力矩均值和最小的运行路径。仿真实验表明,相比传统路径规划方法及以关节力矩二范数为目标函数的关节力矩优化方法,在降低冗余度空间机械臂关节力矩均值方面,文中方法分别减小了33.57%和10.47%;在降低关节力矩最大值方面,分别减小了43.25%和6.19%。     

空间机器人抓捕碰撞分析与轨迹规划镇定控制

针对空间机器人抓捕目标过程中产生的碰撞冲击问题,分析了抓捕瞬态碰撞对机器人系统产生的影响,提出了一种控制力矩能量消耗少、对卫星平台基座扰动小的镇定控制方法,实现了对抓捕目标后组合体系统的镇定控制。首先,利用Kane方法建立了抓捕后的目标-机械臂-卫星平台组合体动力学模型;其次,利用ADAMS软件分析了瞬态碰撞冲击对空间机器人系统的影响,为后续镇定控制策略的设计提供初始仿真参数;采用四次多项式实现了机械臂关节空间轨迹的参数化,设定了基于控制力矩能量与基座扰动的加权目标函数,利用差分进化算法(DE)求解得到满足控制力矩能量消耗小、平台基座扰动少的机械臂关节空间轨迹。最后,利用七自由度空间机器人的数值仿真,验证了所提出方法的有效性。     

光纤传感器对合金结构瞬态高温应变测量的适用性研究

高温下结构应变测量数据的重复性是判断测量结果有效性的前提和基础。文章采用石英灯辐射加热技术构建瞬态辐射加热环境,以薄壁平板型合金材料结构为测量对象,对光纤应变传感器在瞬态加热环境下应变测量数据的重复性进行实验研究,以确定其对合金材料瞬态高温下应变测量的适用性。结果表明:光纤传感器与K型热电偶的测温偏离量小于1.76%;在安装面加热状态,瞬态加热温升速率最高达到18 ℃/s,结构最高温度达到850 ℃,此温度下测得的结构件最大应变为9 848.2 με,3次实验测量数据的重复性优于1.42%;非安装面加热状态、结构温度650 ℃下的3次测量数据重复性为0.95%,且与安装面加热状态、相同温度下的测量数据平均值的相对差异仅为0.67%。综上说明,所采用的光纤应变传感器适用于石英灯瞬态辐射加热环境下合金结构件的应变测量。     

带有触觉的空间机械臂操控未知载荷特性识别

为在线准确辨识载荷特性参数,提出一种利用关节力矩和触觉传感信息进行未知载荷特性参数辨识的方法。该方法基于牛顿-欧拉方程,采用归一化最小均方误差法进行自适应滤波,从而辨识出未知载荷的特性参数。为校验算法,利用MATLAB/Simulink和ADAMS软件搭建未知载荷特性辨识仿真平台。该平台执行机构包括多自由度机械臂和二指爪末端操作器,机械臂关节具有力矩传感,末端操作器指爪内侧具有触力传感器。仿真表明,在具有激励信号幅值1 %的白噪声情况下,辨识误差小于2 %。     

一种双框架磁悬浮控制力矩陀螺框架伺服系统扰动抑制方法研究

为了抑制谐波减速器运动误差对双框架控制力矩陀螺伺服系统速率平稳性的影响, 提 出一种角加速度反馈的控制方法。建立了带有谐波减速机构的陀螺框架系统的数学模型,对 谐波减速器的运动误差进行了分析。通过设计非线性微分跟踪器得到加速度信号构成加速度 反馈,对谐波减速器运动误差所造成的速率波动进行抑制。对框架伺服系统进行仿真,仿真 结果证明了该控制方法的有效性,在双框架磁悬浮控制力矩陀螺原理样机上进行了实验验证 ,实验结果表明,在5度／秒的转速情况下,使框架转速波动量减小了59％,显著提高了 转速精度.     

An Analysis of the Low-Frequency Component in Measurements of Angular Velocity and Microacceleration onboard the Foton-12 Satellite

We compare the results of two methods used to determine the angular velocity of the Foton-12 satellite and the low-frequency component of microaccelerations onboard it. The first method is based on reconstruction of the satellite's rotational motion using the data of onboard measurements of the strength of the Earth's magnetic field. The motion (time dependence of the orientation parameters and angular velocity) was found from the condition of best approximation of the measurement data by the functions calculated along the solutions to equations of attitude motion of the satellite. The solutions found were used to calculate the quasistatic component of microaccelerations at certain points of the satellite, in particular, at the point of location of an accelerometer of the QSAM system. Filtration of the low-frequency component of the angular velocity and microacceleration from the data of measurements by a sensor of angular velocity and by the accelerometer of this system served as a second method. The filtration was made using the discrete Fourier series. A spectral analysis of the functions representing the results of determining the angular velocity and microacceleration by both methods is performed. Comparing the frequencies and amplitudes of the harmonic component of these functions allowed us to estimate the accuracy of measurements made by the QSAM system in the low-frequency range.     

光纤法布里-珀罗传感器及其高温应用

随着航天技术不断发展，大推力运载火箭等精细化设计需求日益增加，飞行器高温工况结构及流场状态感知已成为当前研究的关键环节。基于法布里-珀罗干涉结构的光纤传感器在高温、高压、狭小空间等特殊环境展现出独特优势，被视为下一代高温原位测量工具。介绍了法布里-珀罗传感器的基本结构及原理，并分别从温度、应变和压力监测方面介绍了法布里-珀罗高温传感技术研究进展以及未来的发展趋势。基于石英光纤的法布里-珀罗传感器能够应用于1000°C以下环境，对于1000°C以上环境，需要以蓝宝石光纤作为敏感元件和传光介质。     

航天器机械臂柔性力控辅助装配方法

文章从装配的实际需求出发,提出一种航天器机械臂柔性力控辅助装配方法:通过在机械臂末端法兰与负载之间安装的六维力传感器感知作用力与力矩信息,人手直接作用于机械臂末端的负载,系统通过负载的重力补偿算法获得人手作用的力与力矩信息,而后以力/力矩信息作为输入来控制机械臂进行移动或转动,使负载柔性跟随人手运动。文章给出了装配方法的详细设计方案与相关算法,并进行了初步试验验证。试验表明,该装配方法可以有效提高在航天器狭小空间内进行大重量工件安装的效率,且安全可靠。     

基于UPF的航天器自主天文导航方法

利用红外地球敏感器和星敏感器直接敏感地平的天文导航方法是一种成熟、可靠的自主导航方法。这种导航方法的状态方程和量测方程都是严重非线性的,且在建立航天器轨道动力学模型时,通常将二阶带谐摄动项建模,而将其他摄动项等效为高斯白噪声,由于这些摄动项都有其精确的模型,通常不服从高斯分布。本文提出将UPF(Unscented Particle Filter)滤波方法应用于航天器自主天文导航,该方法用UKF(Unscented Kalman Filter)得到粒子滤波的重要性采样密度函数,从而克服了标准的粒子滤波没有考虑最新量测信息和UKF只能应用于噪声为高斯分布的不足。仿真结果表明,该方法可以取得比标准的粒子滤波和UKF更快的滤波收敛性和更高的滤波精度。     

永磁同步电机驱动太阳翼扰动力矩建模与仿真

建立太阳翼驱动机构(SADA)永磁同步电机的电磁方程,并利用固定界面模态综合法建立SADA驱动太阳翼耦合系统的振动方程;设计模拟柔性负载,对SADA驱动该柔性负载的扰振力矩进行仿真分析。结果表明,SADA驱动柔性负载运行过程中所产生扰振力矩主要由两个原因引起：1)电流噪声引起的力矩波动;2)控制参数选取不当引起的转角波动。     

航天器太阳能电池阵驱动系统激扰因素辨识与扰动机理分析

建立了典型太阳能电池阵驱动系统(SADS)精细动力学模型，开展了扰动特性地面试验测试，讨论了产生扰动的必要条件，分析了直接激扰因素及其对应扰动的时频特点。结果表明：所建动力学模型分析结果与试验测试扰动数据吻合良好(误差<10%)；刚体转动角加速度和模态振动加速度不同时为零是引起驱动系统扰动的前提条件；细分驱动、电机磁场非线性、时变齿轮啮合参数等是驱动系统的主要内部激扰因素；扰动力矩一般均具有周期变化特点，扰动成分集中在激扰频率及其高倍频附近，扰动幅度随细分驱动步距、齿槽激扰幅度、电磁激扰幅度和啮合参数变化幅度的增大而提高。     

柔性喷管全轴向摆动中的扭矩分析与计算

本文对柔性喷管全轴向摆动中存在的铰链力及其扭矩进行了分析,通过冷试试验作了测量与计算,并在计算机上进行了各种情况下摆动的模拟计算。计算的结果与分析的结论是一致的。对于其他使用液压作动筒伺服系统驱动的可动喷管(如珠承喷管)也是适用的。 本文还引用了四元数运算法进行扭矩的计算,它与惯用的欧拉变换或克雷可夫变换相比,来得简捷、有效。通过两种方法计算比较,表明这一尝试是成功的。