空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识

根据动量守恒定理,研究了单臂自由飘浮空间机器人抓取未知目标的质量特性参数辨识问题。已有文献中基于动量守恒原理进行的参数辨识只适用于系统线动量和角动量为零的情况,当两者不为零时无法得到正确的辨识结果。为解决此问题,本文首先在惯性系而非本体系下推导得到了机械臂抓取未知目标后的系统线动量和角动量,保证了其各分量的守恒特性。然后基于此特性,通过在轨测量两个时刻机器人本体的线速度、角速度以及机械臂各关节的角速度和转角信息,建立了含有未知目标质量特性参数的动量增量方程。最后根据三组测量信息,从联立的动量增量方程组中求解得到未知目标的质量特性参数。数值仿真表明,此方法在系统线动量和角动量为零和不为零两种情况下都能实现高精度的参数辨识,同时还避免了方程求解的奇异问题。     

基于模板识别的高精度自动定位系统

为满足机器人辅助 医疗手术中高精度自动识别物体的需要,利用Bumblebee 2 摄像头拍摄图像,把黑白交互的椭圆和圆作为一个模板,用改进的角点提取方法提取出图像中的角点;在对图像进行增强之后,利用模板黑白格的几何对称性特征提取模板中的角点,然后区分出椭圆中的角点和圆中的角点,最后利用向量垂直关系提取出椭圆中的目标角点,识别出模板.通过Bumblebee 2自带的深度函数,提取模板的深度,得到模板在摄像头空间中的坐标,达到高精度自动定位物体的目的,克服传统摄像机需要标定内外参数的步骤.实验表明,定位误差在0.42 mm之内,基本上可以满足手术的要求.     

空间冗余度机器人混沌自运动研究

建立了空间自由飘浮冗余度机器人的模型和运动学方程,分析了其Jacobian矩阵,得出相应的运动学逆解,通过仿真验证了空间自由飘浮冗余度机器人自运动中存在混沌运动,利用混沌分析的直接观察法、时间历程法、相图法和poincare映射法,对一个空间3R刚性冗余度机器人,采用PD控制器控制其末端执行器重复跟踪工作空间内一平面路径时连杆的自运动进行了研究.结果表明,该机器人的自运动存在混沌运动.     

机器人镗孔加工系统稳定性分析

为了解决大型飞机装配现场主起落架交点孔的镗孔精加工问题,提出了采用六自由度工业机器人及专用末端执行器组合的创新解决方案。压脚是抑制机器人镗孔加工系统颤振的核心环节。通过对施加压脚前后的机器人镗孔加工系统进行动力学建模,对系统的稳定性进行分析,得出压脚装置对加工系统稳定性叶瓣图的影响。最后通过实际镗孔加工实验验证了机器人镗孔系统在不同压脚压力下的加工稳定性,表明合理的压脚压力可提高稳定切深,拓展加工稳定区域,有效避免加工颤振。     

空间细胞机器人接管控制的分布式控制分配

采用接管控制技术延长航天器寿命为在轨服务提供了一种新思路,本文提出一种利用空间细胞机器人实施航天器接管控制的方案。针对空间细胞机器人实施接管控制的控制分配问题,建立了空间细胞机器人实施接管控制的动力学模型。为实现分布式控制分配,提出了一种基于CBBA算法的接管控制分配算法,利用自由市场机制实现控制分配的分布和异步计算。综合考虑了执行能力匹配、剩余能量和执行器输出限制,定义了空间细胞机器人的收益函数,空间细胞机器人通过自由拍卖和一致性协商完成控制任务的分配。通过蒙特卡罗分析,将本文算法与集中式分配算法零空间修正伪逆法相比较并进行参数影响分析,本文算法在保证分配精度的情况下,具有能量均衡等能力。     

自由漂浮空间机器人多约束混合整数预测控制

针对空间机器人完成任务时需要躲避障碍物的问题,提出一种自由漂浮空间机器人的混合整数预测控制方法。首先,在模型预测控制方法框架下,机械臂关节的物理限制,躲避障碍物的要求被统一描述为最优控制问题下的不等式约束,可以得到自由漂浮空间机器人具有线性二次规划形式的最优控制律。其次,基于命题逻辑建立控制问题中各约束的优先级,保证在最大程度地满足约束的情形下得到控制问题的解,有效弥补了模型预测控制方法用于空间机器人控制时,多约束可能导致最优控制问题不可行的不足。最后,仿真结果校验了所设计控制律的有效性。     

空间机器人一体化仿真系统的研究与实现

为对空间机器人关键算法进行验证和评估,开发了一套一体化仿真系统。该系统基于模块化设计思想,由遥测遥控接口、轨迹规划与控制、系统动力学模型、系统3D几何模型、相机成像模型、图像处理与位姿测量、碰撞检测与安全预警等模块组成。其中,3D实体模型及仿真场景由OSG(Open Scene Graph)建立,各关键模块的算法采用C语言编程实现,可对空间机器人执行在轨任务的关键算法进行闭环验证。最后对两种典型工况进行了仿真实验,结果表明了该系统的有效性。     

轮腿式火星探测机器人的多目标协同控制

火星探测任务要求机器人具有对未知的不规则地形的自适应能力和动态稳定性。针对轮腿式火星探测机器人,提出了基于运动学反解模型、车体姿态和轮壤接触力的多目标协同控制策略。通过车体姿态调整运动学建模、一阶低通滤波及腿部阻抗控制算法和基于腿部运动危险系数的重心高度调整算法,实现了车体姿态的跟踪控制、轮壤恒力接触控制和重心最优高度控制,提升了轮腿机器人在非结构地形中的自适应能力、运动稳定性及腿部运动空间的安全性。在MATLAB和UG中建立联合仿真模型,验证了控制策略的有效性。