空间机械臂在轨维护任务规划与验证研究

随着我国空间站建设和载人航天计划的进一步实施，航天员舱外活动将成为实现复杂空间操作的重要任务。为了确保航天员在轨维护空间机械臂的任务规划切实可行与工作效率，需要将航天员在轨维护流程、工具装置操作过程进行仿真分析与地面试验验证。航天员在轨维护空间机械臂的任务是系统性工程，涉及维修流程设计、备件转移、航天员操作空间分析和操作能力分析等多方面内容。以航天员舱外维护空间机械臂为背景，建立空间站运营中航天员在轨维护机械臂的任务规划与验证系统，验证航天员可达性及维修过程可操作性分析，评估航天员在轨维护梦天舱机械臂任务设计的合理性，为后续开展航天员舱外活动训练与实施提供理论依据。     

基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法

误差建模、标定与补偿是提高微惯性测量单元(MIMU)精度的关键,而杆臂效应是影响低成本微机电系统(MEMS)惯导精度进一步提升的瓶颈。针对杆臂效应引起的多MIMU标定误差问题,提出了一种基于杆臂补偿的多MIMU六方位倍速率标定方法。分析了杆臂效应影响多MIMU标定的误差机理,设计了一种六方位倍速率标定方案,建立了基于杆臂补偿的误差系数标定解算模型,补偿了杆臂效应引起的标定误差,并应用加权最小二乘法对MIMU加速度通道和角速度通道的非对称性误差进行了抑制。试验结果表明,与现有六方位正反速率标定方法相比,采用该方法的MIMU加速度通道补偿误差降低了84%,角速度通道补偿误差降低了68%。     

腿臂融合型在轨装配机器人运动建模与步态规划

针对目前机器人在轨装配存在的作业效率低、空间操作受限、环境感知不完全等问题，提出一种腿臂融合型在轨装配机器人。首先，使用D-H法建立了腿臂融合型装配机器人运动学模型，并对其单个腿部进行正逆运动学分析，得到单个腿各个关节角和足端之间的运动关系；其次，分析了腿臂融合型装配机器人的行走步态和装配步态，行走步态中分析了二步态和三步态，装配步态中分析了单臂装配和双臂装配，使机器人达到平稳的行走和装配；最后，基于ROS(robot operating system)搭建仿真平台并对行走步态进行了仿真验证，结果表明提出的方法能够有效用于该机器人的行走。     

基于立体视觉的无人机位姿测量方法

现有的无人机位姿视觉测量方法大多基于诸如关键点等几何尺寸在图像和模型间的对应关系完成位姿计算；然而，在复杂情况下易出现关键点图像坐标定位失效的问题，而针对特定机型的算法设计泛化性不佳。针对这一问题，本文提出了一种基于立体视觉的固定翼无人机位姿测量方法，通过立体视觉重建目标无人机三维点云，基于无人机组件三维点云拟合鲁棒地完成位姿测量。首先，使用一种二维、三维数据结合的方式，利用卷积神经网络完成组件的分割。其次，分别利用机翼和机身点云拟合无人机坐标系的z轴和x轴，进而完成目标无人机位姿的计算。整个计算过程无需已知具体机型或尺寸。经试验验证，本文方法在10m的范围内达到了1.57°和0.07m的位姿测量精度，具有较高的精度和鲁棒性。     

空间大质量目标转位操作双臂协调控制方法

针对空间中双臂协调转位过程中面临的双臂异构、刚度不同、负载较大、测量/执行误差影响大、抓捕位置随机偏差等问题，提出了一种空间大质量目标转位操作双臂协调控制方法。首先基于双臂转位的几何约束，进行协调转位运动规划。然后，将双机械臂关节划分为主动关节和从动关节，并对主动关节设计关节位置控制器，对从动关节设计零力控制器，从动关节在转位目标的拖动力下进行跟随运动。最后，数学仿真表明了所提出的双臂协调转位方法的有效性。     

110 GHz~170 GHz天线平面近场测量系统

面对(110~170) GHz天线准确计量的需求，设计了一套基于机械臂自动扫描的(110~170) GHz天线平面近场测量系统，它由矢量网络分析仪、扩频模块、机械臂扫描架、小型光学平台、扫描探头等硬件组成，通过测量软件设置仪器参数,控制机械臂扫描轨迹，采集扫描面上测试点的幅度和相位，将近场采集的数据用付氏近远场变换算法还原成天线增益方向图。采用标准增益喇叭天线对该系统进行实验验证，并将近场测量结果与远场测量结果进行比较，结果表明该系统测量方向图主瓣最大偏差为0.25 dB，能够满足天线计量的需求。     

张拉整体伸展臂的构建方法研究

臂状张拉整体结构转化为张拉整体伸展臂的方案被分析研究。首先，构建臂状张拉整体结构的数学模型。而后，基于臂状张拉整体结构，通过受力变形分析，获得了此结构在轴向外载作用下，其整体高度、截面直径和构件长度变化规律。依据分析结果，研究驱动此结构折叠的方案和索构件弹性化方案。利用仿真分析和模型实验，对所获得的机构方案的可行性和合理性进行了分析验证。通过研究得到：将多层张拉整体斜索和鞍索柔性化，驱动附加索更容易实现折展；张拉整体层数增多时，驱动附加索可减小控制难度；多层张拉整体占用空间主要受高度影响。通过分析，获得了一种可行的张拉整体伸展臂设计方案。研究中应用的由折叠方式推导展开方案的分析思路也能够为张拉整体结构的机构化研究提供借鉴。     

伸缩套臂式无人机空基回收建模与对接控制

针对无可靠陆基/舰基回收平台情况下小型固定翼无人机（UAV）远程作战空基回收难题，提出一种伸缩套臂抓取式空基回收建模与对接控制方法。首先，受硬式空中加油技术启发，提出一种伸缩套臂式抓取无人机空基回收方法，并采用转动惯量质量投影法及拉格朗日方程法构建伸缩套臂仿射非线性模型；继而，分析了母机尾涡及常值风扰动综合作用下伸缩套臂的气动特性；其次，针对伸缩套臂三通道中扰流关联项和不可测瞬变模型扰动构成的系统集总扰动，分别设计了可在有限时间内收敛的非奇异快速终端滑模干扰观测器对其进行准确估计，并在控制器设计中予以前馈补偿；然后，为实现多重扰流下伸缩套臂快速精准空中对接，提出一种基于干扰观测的非奇异快速终端滑模对接控制方法，并分析了闭环系统稳定性。最后，通过仿真验证表明，所提出的方法能够在多重气流扰动下实现伸缩套臂的快速、精准空中对接控制，同时兼备较好的抗干扰性能。     

机器视觉在军事领域的应用现状及发展趋势

机器视觉技术凭借其非接触测量、实时性好、可持续工作等优点，在军事领域中有着广阔的应用前景。在对机器视觉光学照明系统、成像系统、视觉信息处理系统等关键技术进行概述的基础上，详细分析了机器视觉技术在军事领域进行典型目标物识别、人员识别、装备缺陷检测等典型场景以及典型军事装备上的应用现状。在此基础上，指出了机器视觉在军事领域的应用，仍然存在视觉传感器硬件系统难以适应极端环境、复杂的军事目标适应性不足、目标识别的实时性难以保证、多传感器融合获取军事目标信息能力缺乏等问题。同时，对机器视觉技术在军事领域应用的未来发展趋势进行了展望，研究分析结果可为机器视觉在军事领域的进一步实用化提供参考。     

基于机器视觉的搅拌摩擦焊缝装配质量评测方法

搅拌摩擦焊常采用无坡口焊缝,焊缝装配质量对搅拌摩擦焊装配质量影响较大,通过焊缝的特征,可以对搅拌摩擦焊缝的装配质量进行评判。线结构光是提取焊缝特征的常用手段,基于结构光传感器扫描获得的焊缝轮廓信息多通过离散的点进行表示,如何高效地从轮廓点中提取焊缝轮廓信息,是焊缝特征识别的新挑战。本文提出一种基于机器视觉的焊缝装配质量评测方法,将离散的轮廓点转换为位图,通过抗锯齿算法提高轮廓直线特征的识别可靠性,并计算对应焊缝的装配质量信息,进而实现对整条焊缝的装配质量的量化评价。与传统的离散点拟合方法相比,本方法具有较为明显的效率优势。