空间四面体翻滚机器人运动学分析及仿真实验

对四面体及多面体机器人的研究现状进行了分析.介绍了空间四面体翻滚机器人的结构,由6根伸缩臂和4个顶部节点平台组成,通过伸缩臂的运动可以使四面体的重心失稳,实现翻滚运动.结合四面体翻滚机器人的运动形式,给出了翻滚的临界条件,根据不同的运动阶段对四面体翻滚机器人进行了运动学分析.利用Adams虚拟样机技术对四面体翻滚机器人进行了运动学仿真,并进行了样机的实验,验证了方法的正确性.该分析结果可进一步用于空间四面体翻滚机器人的动力学分析和优化设计.     

只测视线角速度的目标可观性判据

在二维平面内,把已有的只测视线角的目标可观判据扩展到只测视线角速度的情况.针对N阶机动目标,在直角坐标系中,通过分析导弹与目标相对运动方程,给出了只有视线角速度量测值情况下目标不可观的充分必要条件(目标不可观判据).目标不可观判据分为两种简单的表达形式:一种是对弹目相对距离的约束;另一种是对视线角的约束.在修正极坐标系中,通过分析系统的Fisher信息阵,得到了在只有视线角速度量测值情况下常加速度目标可观的充分必要条件.结果表明:目标不可观判据与在修正极坐标系中得到的充分必要条件是一致的,与只测视线角的目标可观判据不冲突;推理简单,不要求分析可观性矩阵和非线性微分方程,因此简单易用.      

非定常自由来流对二维翼型气动特性的影响研究

利用计算软件和实验测量方法,研究了非定常自由来流对静态二维翼型气动特性的影响,分析研究了来流速度脉动频率变化对气动特性产生的作用.结果表明,来流速度以短周期脉动时,升力系数随来流速度的减小而增加;来流速度以长周期脉动时,升力系数随来流速度的减小而减小.分析表明这与前缘分离涡在翼面上的传递过程有关.又利用二维翼型动态实验台,研究了非定常自由来流对做动态运动的二维翼型气动特性的影响.结果表明,来流风速的脉动使升力系数的迟滞包线进一步扩大,最大升力系数增加.     

MOTION PLANNING OF MULTIPLE MOBILE ROBOTS COOPERATIVELY TRANSPORTING A COMMON OBJECT

Many applications above the capability of a single robot need the cooperation of multipl emobile robots, but effective cooperation is hard to achieve. In this paper, a master-slave method is proposed to control the motions of multiple mobile robots that cooperatively transport a common object from a start point to a goal point. A noholonomic kinematic model to constrain the motions of multiple mobile robots is built in order to achieve cooperative motions of them, and a “Dynamic Coordinator“ strategy is used to deal with the collision-avoidance of the master robot and slave robot individually. Simulation results show the robustness and effectiveness of the method.     

刚柔空间机器人基于神经网络的协调运动控制及柔性振动抑制

探讨了本体姿态受控的刚柔耦合空间机器人关节运动控制及柔性振动抑制问题.基于拉格朗日方法及奇异摄动理论, 导出了系统的奇异摄动模型. 为确保系统在未知惯性参数影响下本体姿态、关节协调运动的精确跟踪控制, 针对慢变子系统, 提出了一种基于RBF神经网络的补偿控制策略; 同时针对快变子系统,采用惯常的线性二次型最优控制器以实现系统柔性振动的主动抑制. 仿真结果表明, 所提控制方案可有效补偿未知系统惯性参数的影响, 使系统能够准确跟踪所期望的运动轨迹, 并较好地抑制系统的柔性振动.     

Prediction of the LISA-Pathfinder release mechanism in-flight performance

In the LISA Pathfinder mission, the grabbing positioning and release mechanism will perform a critical phase, which is the injection of a test mass into a perfect free-fall condition (also called geodesic trajectory). A possible failure is the test mass remaining adhered to the mechanism or released with an excessive velocity, which would hinder the subsequent capacitive control to the desired geodesic status.     

Spacecraft fuel-optimal and balancing maneuvers for a class of formation reconfiguration problems

This paper presents fuel optimal and balancing methodologies for reconfiguring multiple spacecraft in formation subject to a Newtonian gravity field. For a kind of continuous-thrust propulsion system, a fuel-optimal control problem is formulated to minimize the integral squared control subject to the linearized Hill or Clohessy–Wiltshire dynamics of relative motion with respect to a circular reference orbit. Palmer’s analytical solution for general reconfiguration is adapted to maneuvers between projected circular orbits, resulting in the optimal fuel consumption index as a function of configuration parameters such as orbit radius, phase angle, and transfer time. Parametric analyses reveal unique characteristics of individual fuel optimality and gross fuel consumption: for an arbitrary selection of initial/terminal orbit radii, (i) there exist special transfer times such that individual fuel consumption is optimally uniform for all phase angles, and (ii) the total fuel expenditure for a group of three or more spacecraft is invariant for the relatively same configuration with respect to the departure phase. These results serve to effectively design fuel balancing strategies for formation reconfiguration of multiple spacecraft.     

具有初始动量的空间机械臂零反作用轨迹跟踪

对具有初始动量的自由漂浮空间机械臂系统进行了研究,考虑其执行在轨任务时便已经具有的动量,根据系统的构型参数建立运动学模型,再采用拉格朗日第二类方程建立动力学模型。利用空间机械臂系统具有冗余自由度这一特性,推导运动学和动力学方程,得到了零反作用运动方程,消除了基座和机械臂之间的角速度耦合作用。末端运动轨迹用多项式插值函数来逼近,根据给定的机械臂末端初始和终止状态来规划其运动轨迹,并将机械臂末端的工作空间转换到关节空间中。根据已知的动力学模型,设计合适的比例-微分（PD）控制率。仿真结果表明,通过选择合适的增益反馈矩阵,机械臂末端能平稳地跟踪目标轨迹,同时,机械臂的运动不会对基座的姿态产生扰动,保证了基座姿态的稳定性及航天器的正常运行。     

基于运动约束的脉冲雷达游标测距方法

为解决传统脉冲雷达游标测距中解相位模糊和解速度模糊相互耦合的问题,将目标的运动约束与传统游标测距结合在一起,提出了一种新的基于运动约束的游标测距方法.利用运动约束积累一段时间的观测数据进行UKF滤波,得到精度较高的径向速度来解速度模糊,得到的无模糊速度可用于距离游标.利用得到的游标距离取代脉冲测距数据进行UKF预测,可准确估计下一时刻的速度并解速度模糊,这样建立了可同时解相位模糊和解速度模糊的耦合滤波器,成功实现脉冲雷达游标测距,并大大减小脉冲雷达测距随机误差.高速飞行器主动段仿真和脉冲雷达实测数据验证表明,该算法能大大减小径向距离随机误差,将距离随机误差减少一个数量级至分米级.      

基于压缩感知的MIMO-SAR运动误差补偿与成像

多发多收合成孔径雷达（MIMO-SAR）利用多通道空间并行采样的优势可实现高分辨成像,但不可避免地存在运动误差与海量数据不便于存储与传输的问题。针对该问题提出一种基于压缩感知的MIMO-SAR运动误差补偿与成像方法。首先通过详细分析MIMO-SAR运动误差回波信号模型,在全采样条件下利用两步运动补偿技术实现对回波数据的运动误差补偿处理,其次针对降采样回波数据的运动误差补偿,通过构造变换算子与压缩感知（CS）重构模型的方法实现第1步运动误差补偿、距离脉压以及距离徙动校正处理,然后再进行第2步误差补偿与方位向脉压处理获得成像结果。最后通过仿真实验验证了所提方法能够在大幅压缩回波数据的情况下,实现MIMO-SAR运动误差补偿与成像处理。