空间站机械臂关节快速连接装置设计与验证

为满足空间站机械臂在轨维修需求,实现在轨故障单机快速从整臂中分离,设计了一种通用快速连接装置。该装置在满足空间站机械臂高刚度、大承载要求的前提下,具有空间环境下操作力矩小、操作简便、拆装迅速的特点。快速连接装置由快速连接母组件和快速连接公组件两部分组成,两组件通过膨胀螺栓膨胀施加预紧力实现锁紧,组件对接过程中通过楔形结构配合实现导向和定位。该快速连接装置通过刚度测试、真空高低温环境下膨胀螺栓插拔以及航天员地面人机工效等验证,结果表明该装置可满足空间站机械臂使用要求与在轨维修需求。     

微系统集成技术发展与展望

微系统已成为推动国民经济发展和保障国家安全的基础性、战略性、先导性支撑产业,军民领域电子信息系统多功能、高性能、小型化的发展趋势对微系统集成技术提出了更高要求。综述了硅基、玻璃基、陶瓷基、柔性基等多种微系统集成技术,介绍了各类集成技术的典型应用领域、存在的技术挑战以及解决方法,并对各类微系统的特点进行了对比与讨论。最后,对各类微系统集成技术进行了总结、对比,并展望了微系统集成技术的发展方向。     

基于工业机器人的数字化弯管成形技术研究

数字化弯管成形技术作为一种新型全自动管材加工技术,基于目前热门的工业机器人平台,配合弯曲末端装置实现了复杂弯曲构件的柔性成形。基于数字化弯管成形技术原理,建立了弯管机器人成形工艺轨迹及运动过程解析方法,设计并搭建了匹配的弯曲末端装置,使得弯管机器人可以实现管材的数字化弯曲工艺。采用有限元模拟与试验相结合的方法,研究了管件在机器人弯曲成形过程中应力的变化规律,讨论了由机器人运动提供的补料功能,并分析了该功能对于弯曲构件成形质量的影响。结果表明,搭建的弯管机器人成形试验平台及解析方法可以实现管材连续弯曲成形,成形管材最大应力值增大的幅度较小。机器人主动进给补料作用可有效改善弯管壁厚减薄现象。但同时补料也易导致管材弯曲内侧材料发生堆积,试验时较易出现起皱缺陷。未来的研究工作中,需着重开展基于起皱缺陷的机器人运动、弯曲速度等参数的优化研究。     

涡扇发动机柔性转子涡轮结构改进与动力特性研究

以涡扇发动机模拟低压转子为研究对象,探究了模拟低压转子在动力特性试验过程中出现的非整数倍频振动超限的原因,提出了涡轮结构改进措施。对比分析了结构改进前后模拟低压转子的前三阶临界转速及其裕度。完成了全转速范围内的动力特性试验,验证了改进措施的有效性,排除了振动故障。研究表明,涡轮结构改进措施有效,临界转速计算误差小于4%,与试验结果具有较好的一致性。研究结果为真实低压转子动力学设计和结构设计提供了参考。     

基于有限差分法的双臂关节柔性空间机器人智能递阶控制策略

谐波减速器和力矩传感器等柔性元件广泛应用于空间机器人关节系统,以获取高减速比.这些柔性元件为空间机器人系统引入关节柔性,使得对其的稳定控制变得更为复杂.本文讨论研究了参数不确定双臂关节柔性空间机器人基于有限差分法的智能递阶控制及弹性振动抑制.运用递阶系统理论、动量守恒原理及第二类拉格朗日方法推导出系统递阶动力学模型.利用该模型,设计了基于模糊回归神经网络的非奇异Terminal滑模控制算法和基于有限差分法的滑模控制算法.采用模糊回归神经网络（Recurrent Fuzzy Neural Network,RFNN）逼近系统的不确定部分.为避免复杂的求导计算及角加速度可测要求,利用基于有限差分法的滑模控制来抑制柔性关节振动.由于设计控制器过程中未涉及惯常的奇异摄动双时标分解操作,该控制算法理论上具有适合任意大小关节柔性刚度的优点.系统对比仿真试验证明了智能递阶控制算法优于传统基于奇异摄动法的控制方案.      

一种含柔性轴的超声电机定位特性研究

为了进一步提高超声电机的定位精度,满足航空航天驱动机构对高定位精度的迫切需求,采用柔性轴提高超声电机运行稳定性,并基于电机瞬态响应特性,实现超声电机的高精度定位性能.超声电机具有响应快的特点,具有实现高定位精度的可能,但由于其步进特性不清晰,运行波动较大,其潜力尚未被完全挖掘.针对该问题,首先探索超声电机的步进特性,得到不同负载下电机的步进规律,然后采用连续模式和步进模式相结合的控制策略,实现了超声电机的高精度定位特性.研究结果表明：采用柔性轴后,电机步进波动大幅降低,电机定位精度可达0.48″,所需的定位时间小于1.34 s.     

航天器柔性太阳翼最优PPF主动振动抑制方法

针对采用可变速控制力矩陀螺(VSCMG)进行柔性太阳翼振动抑制问题,提出一种基于求解非光滑 H∞ 综合问题的最优参数正位置反馈(PPF)控制方法。首先,建立考虑VSCMG和柔性太阳翼耦合的振动模型,得到了线性化的约束陀螺柔性板动力学模型,基于同位控制思想推导了以角度陀螺为测量装置的约束陀螺柔性板全阶状态空间模型。针对被控对象特性,确定最优PPF控制器的结构构型和待优化参数。进而,通过对约束陀螺柔性板全阶状态空间模型进行降阶、修正和加权处理,将PPF控制器参数优化问题转化为在PPF控制器构型约束条件下的非光滑H∞综合问题,并应用一阶下降算法进行寻优求解,实现最优PPF控制器的设计。该方法能够实现对各阶陀螺模态的独立控制,在保证快速性和鲁棒性的前提下,实现最优PPF参数的稳定高效求解。仿真结果表明,所提出的最优PPF控制方法能够快速、鲁棒地实现航天器柔性太阳翼的主动振动抑制。     

面向空间近距离操作的机械臂与服务卫星协同控制

针对航天器在轨服务任务中涉及的空间近距离操作需求,提出一种机械臂与服务卫星协同控制方法。首先建立了机械臂和服务卫星组合体动力学模型以及服务卫星和目标卫星相对位姿耦合动力学模型。然后采用全局终端滑模控制设计了机械臂轨迹跟踪控制方法,采用PD控制设计了服务卫星相对位姿耦合控制方法,并将机械臂反作用力和力矩作为前馈补偿叠加到服务卫星控制系统中,实现了两者的协同控制。最后通过数值仿真验证了控制方法的有效性。仿真结果表明,该方法能够满足空间近距离操作任务对机械臂和服务卫星的控制精度、稳定性和误差收敛时间的要求,具有工程实用性。     

航天柔性展开结构技术及其应用研究进展

综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况,围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础,评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及未来研究重点,最后给出了航天柔性展开结构技术的未来发展趋势。     

基于FPGA的柔性机械臂多路无刷直流电机控制系统设计

针对柔性机械臂一般为超冗余机械臂,需要多个无刷直流电机驱动各个关节的运动,传统的数字信号处理（DSP）芯片、单片机用户接口有限,无法同时驱动十几个无刷直流电机运动,并且采用传统的PID算法控制精度较低,不适应于高精度柔性负载的控制。本文提出采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片实现柔性机械臂多路无刷直流电机的控制,设计出改进型神经元自适应PID控制器,有效提高各关节电机的位置跟踪精度和抗柔性负载扰动能力,同时完成了规划位置的直线插补、多路电机母线电流采集、多路电机旋变位置信号采集处理。并在柔性机械臂原理样机中进行了验证,设计的驱动控制器能使得每个关节电机定位精度优于0.2°,各关节的无刷直流电机同步性、协调性良好。