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。     

轻型重载荷机械臂方案研究

工业机器人是一个巨大的产业,在国内这个市场犹如一块大蛋糕被国外的机器人生产厂商瓜分,本土企业根本不能挤入分食的行列.在激烈的市场竞争中,中国的机器人生产厂商为何会输的这样惨烈？根源在于技术的落后,更在于国家整个工业基础的落后,在短时间内打翻身仗几乎不可能.与工业机器人产业不同,特种机器人产业是一个灵活复杂的市场,由于政治、军事、需求量等因素,国外企业无论如何都不可能抢到这块蛋糕,这是国内机器人生产厂商的生存契机.本文在分析国内机器人发展现状后,对特种机器人尤其是空间轻型重载机械臂做方案论证,从需求、技术细节比如电机、减速机、控制系统等深入分析.     

基于VC与OpenGL的机器人三维仿真设计

通过对一个机器人三维仿真系统的设计与分析,阐述了在Windows环境下实现三维实时动画仿真的一种有效方法。该方法具有低硬件需求和高动画仿真质量等特点,对其他应用场合也具有一定的参考价值。     

地面可移动服务机器人发展现状

行走机构决定了地面可移动服务机器人的特性和应用领域,按照行走机构的不同,将地面可移动服务机器人分为轮式、履带式和多足式,介绍了各种地面可移动服务机器人的发展现状和应用特点,特别探讨了双足机器人在人类生活中的应用前景.提出了地面可移动服务机器人7大关键技术:导航定位、路径规划、多传感器融合、机构设计与动力、智能控制、能源供给和管理、人机接口.分析了发展地面服务机器人的迫切性,给出了我国军用和民用可移动服务机器人的关系和发展思路思路.     

机器人在航天装备自动化装配中的应用研究

通过阐述航天装备传统人工装配方式的不足,提出了工业机器人装配方式的重要价值。简要介绍了工业机器人在国内外航空领域的应用现状,分析了航天装备在机械机构、系统组成、产品种类细分程度等方面的特点;针对航天装备装配过程中效率较低的工序,提出了工业机器人应用的研究思路与方向,并列举了需要突破的4项关键技术。最后,对机器人在航天装备自动化装配应用中的发展方向和趋势进行了展望。     

柔性机器人的边界点反馈控制

针对机器人柔性臂边界点的反馈控制问题，假设传感器和驱动被安置在机器人柔性臂的两个端点，着重考虑传感器和驱动的并置控制。通过在机器人柔性臂臂的末端加力和力矩控制，得到了改进的系统以及二阶发展方程和闭环系统方程。在定义了能量内积后，得出了柔性臂系统的总能量函数E(t)，并且证明了柔性臂系统的总能量函数E(t)是时间t沿闭环系统的古典解的非增函数；闭环系统对Y(0)∈H有惟-mild解，对任意Y(O)∈D(A^-有惟一古典解；柔性臂系统的总能量函数E(t)沿闭环系统的古典解渐近衰减到零。即闭环系统具有全局渐近稳定性。     

可重构模块化机器人的构形设计

本文对模块机器人的结构进行了研究。并归纳出6种模块，其中包括3种关节模块。2种连杆模块和1种基座模块，同时还对3个自由度模块机器人的结构进行了设计。     

基于合作的冗余度双臂机器人的避碰研究

冗余度双臂机器人在危险或太空环境中具有极高的应用价值，但是实现有效的和实时的合作是很困难的。在合作的双臂机器人之间实现避碰是成功地应用冗余度双臂机器人的关健。尽管基于距离函数的方法已被证明简单和有效，但是不同的避碰点经常会产生不同的避磋结果，甚至会导致失败。本讨论了避碰点的选择问题，提出了一种新的避碰点选择方法，并用冗余度平面机器人对该方法进行了验证。     

高速旋转电弧焊接机器人

高速旋转电弧焊接机器人１序言焊接过程机器人化的程度正在逐年提高。要实现电弧焊的机器人化，就必须具备能在焊接过程中坡口位置不断变化的情况．下确保焊距准确跟踪的传感器。日本钢管公司独家开发的高速旋转电弧焊接法由于采用了电弧传感器，因而具有高精度的坡口自动...     

基于拉线位移传感器的机器人标定应用研究

通过对拉线位移传感器在机器人标定领域国内外应用现状的研究,简略介绍了单线式一维和三线式三维测量系统,并提出一种单线复用三维测量系统模型。结合各测量系统的特点,提出相应的参数辨识算法。为了选取合适的标定校准点,以码垛机器人为例,分析了机器人工作空间中不同位置扰动误差对拉线测量值的影响。对机器人名义D-H参数和拉线测量值等制造模拟误差进行仿真标定。仿真结果表明,标定后定位精度提升90%,最后通过运动学标定试验进一步验证了标定方法的有效性,并指出仍需解决的若干问题。     

冗余度柔性机器人动态响应主动控制

研究了具有压电作动器与应变传感器的冗余度柔性机器人的振动主动控制问题。建立了该离散时变动力学系统的状态空间表达式。根据离散量小值原理设计了LQR最优控制律，并提出了一种状态估计的近似方法。平面3R冗余度柔性机器人的仿真算例表明，采用这种主动控制方法可使冗余度柔性机器人的动力学特性得到显改善。     

飞机数字化装配中IGPS导航的AGV路径规划方法

以机翼翼盒数字化装配为研究对象,介绍了飞机数字化装配系统研制中AGV自主导航系统的构成,详细叙述了笔者自主研发的AGV路径规划仿真软件,该软件可在全三维飞机装配虚拟环境中,通过IGPS实时获得AGV在飞机装配现场的位姿,规划AGV在飞机装配作业中的运动路线,并在虚拟装配环境中实现AGV沿规划路径的碰撞干涉检查并加以消除,保证了AGV自主导航的安全实现,解决了飞机数字化装配中IGPS导航的AGV路径规划难题.     

基于机器人的自动激光焊接系统的开发

激光焊接作为一种高质量、高效率的焊接方法近年来得到了广泛的应用.机器人作为自动化技术与先进制造技术的典型代表和主要技术手段,在自动化焊接中发挥着重要的作用.本文介绍了在原有设备基础上,针对原有激光焊接设备存在的参数更改困难、时序控制精度低以及浪费人力、工作效率低等问题,利用激光器与机器人现有接口,进行了系统集成的软硬件设计,从而开发出一套基于机器人的自动激光焊接系统.实践表明,该系统操作方便,极大地提高了工作效率;完全可以控制机器人与激光器联动以及焊接过程中功率的调整,为激光焊接工艺的改进提供了有利的条件.     

机器人精度补偿技术与应用进展

当今工业机器人加工技术越来越多地被应用于航空、航天、高铁、船舶等高端制造领域中的制孔、铆接、铣削、磨削等工艺。然而,由于工业机器人定位精度低限制了其自身发展及其在高精制造业中的进一步应用;因此,开展机器人精度补偿技术研究对提高机器人定位精度十分重要。对工业机器人精度补偿技术的研究现状进行综述,分析了机器人的定位误差来源,梳理了当前在提高机器人定位精度方面的研究方法和技术以及目前的应用进展,总结了未来工业机器人定位精度提升方法的趋势,可为工业机器人在制造业的应用发展提供指导。     

星表移动探测机器人研究现状综述

星表移动探测机器人是多学科、高新技术的结晶,用于非结构化环境中的星球表面探测,能有效减轻人类工作强度、保护人身安全以及代替人类完成恶劣环境下的科研探测工作,有着巨大的经济和社会效益。本文对已发射的探测器进行了统计,系统梳理了成功着陆月球、火星的探测机器人的技术参数、结构与机构组成等,综合对比了各国在星表移动探测机器人研制方面的技术状态。结合国内外的研究现状和成果,重点针对星表移动探测机器人移动系统的研究进行了梳理,将星表移动探测机器人从运动形式上划分为轮式、腿式、履带式及其他类型4种形式,对每类机器人的研究进展、技术参数、结构与机构形式、运动形态等进行了系统回顾和详细分析。结合星表移动探测机器人面临的探测任务及发展方向,对星表移动探测机器人未来发展趋势进行了展望。     

基于状态改变的机器人路径规划算法

为了解决目前机器人路径规划中时效性低、避障解算量大的问题,借鉴直流电路中理想电感元件两端电压能够从感抗状态恢复到稳定状态的现象,提出了一种利用机器人状态检测量对机器人状态实时检测,从而实现避障的机器人路径规划算法.首先对绕行单个固定障碍物的机器人进行深入分析,然后采用状态叠加的方法,生成任意位置多障碍物同时存在的避障路径.同时对斥力系数进行改进,以确保机器人能够有效到达目标点.为了验证算法在多障碍物环境下的路径规划能力,进行了数值仿真模拟实验.仿真结果表明,使用该算法规划机器人路径时,能够在避免局部极小值点和目标不可达问题的前提下,在较短时间内规划出机器人由起始点到目标点的路径.