绝缘子清扫机器人的动力学建模及轨迹优化

研究了支柱型绝缘子带电清扫机器人伸缩臂运动引起升降臂振动的问题，将升降臂和伸缩臂分别建模为柔性臂和刚性臂，形成末端具有移动刚体的柔性臂系统，在假设模态法的基础上建立了系统的Lagrange动力学模型，建模考虑了大多数柔性臂模型忽略的重力和非线性耦合的影响，分析了伸缩臂全局运动与升降臂局部振动的相互影响。提出一种单变量优化方法，以升降臂的残余变形能为性能指标，优化伸缩臂的运动轨迹，降低升降臂的残余振动。应用该方法对梯形速度曲线进行了优化，结果表明可以有效地控制升降臂的残余振动。该方法计算量小，便于在线实现。     

一种用于运动目标捕获的行星轮差动式欠驱动臂

为解决运动目标捕获过程中的碰撞问题,采用欠驱动自适应原理研制了具有碰撞能量吸收能力的机械臂。三自由度的机械臂由2个电机驱动:基关节由单个电机驱动;中关节和末关节由一个单输入双输出行星轮组完成动力分配。在机械臂捕获运动目标过程中,碰撞产生的部分冲击能量通过欠驱动行星轮组传递到末关节,转化为关节动能。依靠欠驱动机械系统完成对碰撞的响应,解决了控制系统因时延而无法快速对碰撞进行响应的难题。为完成对目标的抓取,基于阻抗控制提出了机械臂运动目标捕获控制算法。运动目标捕获实验验证了机械臂对碰撞的快速响应能力及运动目标捕获控制算法的可行性。      

高精度法矢下切割面自适应的凸曲面射线寻迹

针对电大尺寸目标难以精确解析表达带来的一致性几何绕射算法应用难问题,提出了基于三角网格、适用于任意凸曲面的射线寻迹（TM-tracing）算法。应用工程中较易获取的三角网格及其协议,设计了一种满足快速多边搜索条件的网状数据存储链表;提出了满足寻迹要求的高精度法矢求解算法;采用切割面自适应调整的弧形拟合寻迹方法实现了爬行波寻迹算法;结合一致性几何绕射理论（UTD）实现了暗区场值求解算法。任意网格曲面射线寻迹结果表明:本文提出的寻迹算法适用于包括球、柱和锥在内的任意光滑凸曲面,寻迹偏差小于1.61%,寻迹速度为2.8 s,具有一定的工程应用价值。      

受限空间中天线产生的电波覆盖研究

受限空间中的有效电波覆盖直接影响通信质量和可靠性,对天线系统的布局优化尤为重要.然而现有的研究很少考虑本来就处于隧道中的天线参数对电波覆盖的影响.针对铁路隧道这种特殊的受限空间情况首先介绍了电波覆盖的研究方法和现状,然后利用射线追踪方法、波导模式方法和矢量抛物方程方法对电波覆盖进行了预估,针对笔形方向图的特征采用高斯方向图重点研究了不同的天线主瓣宽度、波束指向以及在隧道截面的位置对电波覆盖的影响,分析了沿隧道轴向不同区域内电波覆盖的不同特征,最后研究了受限空间中电波覆盖的三段式模型.本文的方法和模型可以为隧道内的天线选型及优化布局提供理论依据和参考.      

多机械臂的分布式自适应迭代学习控制

针对拓扑结构为无向连通的多机械臂系统,提出了一种自适应与迭代学习相结合的分布式控制协议来实现整个系统对给定期望参考轨迹的一致性跟踪.通过引入一个适当的自适应迭代学习参数,所提自适应迭代学习控制协议能够克服机械臂系统中的干扰和模型不确定性,并且每个机械臂的自适应迭代学习控制(AILC)律仅需要利用其与邻居机械臂的相对交互信息.进一步,在只有一部分机械臂具有期望参考轨迹信息的前提下,该控制协议可以实现整个系统对期望参考轨迹的跟踪,同时能够保证轨迹跟踪误差与控制输入的有界性.此外,利用李亚普诺夫分析方法证实了所得结论的正确性,并且通过一个实例验证了所提自适应迭代学习控制协议的有效性.      

行星采样柔性机械臂运动规划研究

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。     

星载大型网状天线非线性结构系统有限元分析

论述了大型网状可展开天线的非线性理论模型及其非线性模拟有限单元模型,并以一副4．2m天线为例进行了有限元建模分析,获得了这类天线的动力学振动特性。研究结果表明：拉索几何非线性和间隙接触非线性对大型网状天线系统的动力学特性具有较大影响。     

多关节轻型机械臂的设计研究

根据现有空间机械臂的结构特点,参照几种轻型机械臂的设计,设计了一种两自由度机械臂运动模块,并根据此模块研制了一台6自由度空间机械臂。运动模块由两个相邻关节轴线正交的关节组成,关节内部没有驱动器。机械臂内有一根高速主轴,为各个串联关节提供动能。机械臂控制系统采用上下位机方式,上位机根据虚拟场景仿真的运动轨迹发出控制指令给关节控制器,下位机根据关节状态表控制离合器组输入关节的能量。为确定机械臂在工作过程中的强度和稳定性,建立了机械臂的有限元模型,分析了其工作态的应力情况和动态特性。仿真结果表明,机械臂在工作态有足够的强度,在抓取的过程中,机械臂固有频率远离激励源的激励频率,无共振现象。通过多关节联动,机械臂可实现多种组合姿态,适用于在轨维修、加注等复杂空间任务。     

基于应变测量方法的卫星天线阵列变形检测

文章介绍了基于应变测量的卫星天线变形检测方法。该方法针对卫星天线在实际工作中产生的阵列形变,应用弹性力学的有关理论和解析方法,通过测量天线阵列单元面板表面的应变数据推导并拟合出天线阵列弯曲的挠度函数,绘制出天线阵列单元的变形构型。实验表明,该方法有较高的精度,能够为天线输出信号的相位校正控制提供依据。     

面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系

针对我国在轨卫星数量迅猛增长、健康状态复杂各异、测控管理难度日趋增大的态势,提出了面向北斗短报文的在轨卫星健康监控体系。分析了北斗短报文的应用现状,构建了“用户→北斗卫星→在轨卫星”前反向数据流向。考虑到北斗短报文的容量限制,优化设计了测控数据传输格式和内容;针对北斗短报文单向传输特性,探讨了可靠通信技术;针对星座大规模安全传递分发数据需求,研究了通用掩码技术。以北斗三号系统为对象,仿真计算了在轨卫星前反向数据时间特性。结果表明:基于北斗短报文的在轨卫星健康监控技术,可以为提高在轨卫星科学使用和寿命的精细化管理提供参考。