惯性参数不确定的自由漂浮空间机器人自适应控制研究

针对自由漂浮空间机器人系统惯性参数不确定问题,提出一种笛卡儿空间内的自适应轨迹跟踪控制方法。采用扩展机械臂模型建立了自由漂浮空间机器人关节空间动力学方程,进而推导笛卡儿空间中的自由漂浮空间机器人动力学方程。在基于逆动力学法的自由漂浮空间机器人自适应控制器设计中,利用标称控制器离线固定控制参数与补偿控制器在线补偿方法,既可以保证惯量矩阵可逆,又可以使控制参数实时估计。采用Lyapunov方法的稳定性分析表明系统是稳定且渐进收敛的。最后,应用该控制方法对两杆平面自由漂浮空间机器人进行了仿真研究。仿真结果显示自由漂浮空间机器人末端执行器在笛卡儿空间具有良好的轨迹跟踪能力。     

被动冗余度空间机器人动力学控制

研究了被动冗余度空间站机器人的动力学控制问题，包括非完整系统的运动规划，渐进稳定的动力学控制规律；在动力学控制中，利用被动冗余度机器人“非完整自运动”的运动学优化方法完成机器人的动力学控制，构造的动力学闭环控制律保证机器人运动过程中末端跟踪期望的运动轨迹，通过三连杆空间站机器人模型进行了仿真，结果证明了得到的结论。     

柔性关节自由漂浮空间机械臂递推自适应控制

针对柔性关节自由漂浮空间机械臂,在存在动力学参数不确定性的情况下,通过增加相对阻尼项,提出基于无源性的柔性关节自由漂浮空间机械臂的关节空间自适应控制器,然后得到其递推实现.递推自适应算法由两部分组成:一部分实现所需的机械臂控制力矩的递推,另一部分实现航天器参考速度和参考加速度的递推更新.针对六自由度柔性关节自由漂浮空间机械臂进行了仿真,验证了所设计的递推自适应控制算法的性能.     

大型空间机械臂关节动力学建模与分析研究

关节是空间机械臂的核心部件,是保证空间机械臂安全、平稳运行的关键。为全面反映大型空间机械臂关节的动力学特性并从细节之处优化关节设计,利用集中参数法建立了综合考虑轮齿柔性、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合误差等非线性因素的细化关节动力学模型。模型中采用一种基于tanh的连续函数对传统分段线性间隙函数进行近似,从而降低了模型的求解难度。研究了各级齿轮精度、关节转速和负载对关节动力学特性的影响。仿真结果表明,三级齿轮的精度变化会影响关节转速波动的振幅并分别影响高、中、低频特性;转速的增加将提高振动频率和幅值;力矩负载的增大会使关节转速波动幅值显著增大,且在满载时,所有的高阶频率都得到明显激励;惯性负载的增大会减小转速波动,并将能量集中在中频上。
     

空间机械臂关节失效瞬时力矩突变抑制

针对空间机械臂执行负载操作任务突发关节失效引起的关节负载补偿力矩突变问题,建立了关节负载补偿力矩突变优化模型及求解方法。首先分析关节负载补偿力矩突变原因,以故障瞬间力矩突变量最小为目标,考虑突发关节故障,建立关节负载补偿力矩突变优化模型;其次构造含有抑制系数及静力学可操作度梯度的关节力矩修正项,并构造最优抑制系数函数,求解关节力矩突变优化问题;最后通过仿真对关节负载补偿力矩突变优化方法的正确性和有效性展开验证。结果表明：通过搜索最优抑制系数,突发关节失效引起的关节负载补偿力矩突变可被有效抑制,平均抑制率高达89.26%,且末端操作力精度不受影响,保证了空间机械臂负载操作任务安全可靠完成。     

自由飞行空间机器人捕捉运动目标的力矩控制算法及其仿真

本文研究了自由飞行空间机器人（ＦＦＳＲ）捕捉运动目标的力矩控制算法及其仿真。首先，建立了ＦＦＳＲ关节驱动力矩的求解算法；其次结合基于广义雅可比矩阵的分解运动速度控制方法提出了一种ＦＦＳＲ捕捉运动目标的力矩控制算法；最后，计算机仿真验证了本文提出算法的正确性。     

基于微系统技术的一种新型夹具

介绍了一种新型的基于微系统技术的微型夹爪。这种夹爪用硅或玻璃为原材料,其尺寸微小紧凑,装夹动作灵活并且结合了传感器性能,在微机械加工的装夹方面崭露头角。它提供了一种微型夹具设计和制造的新途径,在微系统元器件的生产和装配中将发挥重要的作用。     

关节软骨红外光谱成像及分析方法

作为一种新颖高效的光谱技术,傅里叶变换红外光谱成像（Fourier transform infrared spectroscopic imaging,FTIRI）可以在高分辨率下获得样品的组成和结构的信息,已开始深入应用到生物医学光子学研究领域。本文采用FTIRI技术进行关节软骨的主成分（胶原蛋白和蛋白多糖PG）的红外光谱成像及分析方法的研究。首先对多组软骨切片进行FTIR成像及红外光谱分析,进而采用特征峰强度积分法和二次求导方法分别对这些特征带(Amide I, II, III and Sugar) 进行表征,给出两种主成分或特征基团含量随软骨深度的变化关系。其次采用主成分回归方法定量计算二主成分的浓度,将这些浓度和对应位置的光谱特征峰积分面积及二次求导后的峰面积进行相关性研究。结果显示Amide I和Amide II特征峰的积分强度和胶原蛋白浓度的相关性最高。二次求导后Sugar带强度与蛋白多糖浓度的相关性最高。这些结果说明Amide I和Amide II带的积分强度适合用于定性表达胶原蛋白的含量及其随深度的变化,而Sugar带的二次求导强度更适于定性表达蛋白多糖的含量及其随深度的变化。Amide III带积分和二次求导既不适合表征胶原蛋白也不适合表征PG的含量。这项研究为关节软骨和骨关节炎早期研究提供了更加快捷实用的方法,从而有利于早期骨关节炎的判断和修复监测。     

柔性关节空间机器人基于柔性补偿的模糊鲁棒滑模控制及柔性振动主动抑制

针对参数不确定的漂浮基柔性关节空间机器人系统,研究了其动力学建模过程、运动控制律设计及柔性振动的主动抑制.利用系统动量、动量矩守恒关系和拉格朗日方程建立了系统的动力学方程.为克服传统奇异摄动法仅适用于关节弱柔性系统这一局限性,设计了柔性补偿项来等效提高空间机器人系统中柔性关节的刚度.在此基础上,利用奇异摄动法将系统分解为相互独立的慢变子系统和快变子系统,并分别进行控制律设计.所设计的慢变子系统模糊鲁棒滑模控制律可补偿系统中的不确定参数,减小柔性关节引起的转角传动误差,实现系统期望运动轨迹的渐近跟踪;快变子系统控制律可主动抑制柔性关节引起的系统柔性振动.仿真实验结果证明了该混合控制律的有效性.      

飞行模拟器运动平台关节空间自适应模糊控制

提出了一种飞行模拟器并联运动平台的轨迹跟踪算法,用来补偿由于分支执行器力矩饱和所引起的轨迹偏移和控制器性能的下降。该算法分为实时轨迹修正模块和关节空间控制器模块两部分。对于任务空间中的参考运动轨迹,如果任何分支执行器发生饱和现象,实时轨迹修正模块将利用运动平台的动力学模型对参考加速度进行修正,同时在非饱和状态下补偿饱和修正所带来的参考轨迹与修正轨迹之间的偏差。关节空间控制器模块以饱和修正轨迹作为输入,使用计算力矩控制器并结合了带饱和补偿的模糊干扰观测器和分支速度观测器,使得存在外部干扰和无分支速度测量情况下,控制器能保证稳定并保持良好的跟踪特性。仿真结果验证了算法的有效性。