空间机器人

摘要： 讨论了关节摩擦力矩影响下,具有柔性铰关节的漂浮基空间机器人系统的动力学控制问题。设计了基于高斯基函数的小脑神经网络(CMAC)鲁棒控制器和摩擦力矩补偿器。用奇异摄动理论对系统的动力学模型进行快慢变子系统分解,针对快变子系统,设计力矩微分反馈控制器来抑制机械臂关节柔性引起的振动;对于慢变子系统,设计了基于自适应CMAC神经网络鲁棒控制器以实现系统参数不确定情况下的关节轨迹跟踪,并设计基于摩擦力上界的补偿器消除摩擦力矩影响。与传统的CMAC神经网络控制相比,该控制器能有效改善非线性关节摩擦引起的迟滞问题,具有快速准确跟踪期望轨迹的能力。运用Lyapunov稳定性理论证明了该控制器的稳定性,仿真结果证明该方法有效。

摘要： 人工智能是引领未来空间科技发展的战略性技术。本文对人工智能在空间机器人领域的成用规状和未来需求进行阐述,并结合航天工程任务特点对空间机器人使用人工智能技术所面临的问题进行分析,希望为人工智能在空间机器人领域的研究和应用提供参考。人工智能是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能,感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。我国于2017年发布的《新一代人工智能发展规划》中指出,人工智能成为国际竞争的新焦点和经济发展的新引擎,并在“基础支撑平台”部分重点提及要建设空间机器人支撑平台。

摘要： 当前,机器人在工业、农业、医疗、零售等诸多领域实现了落地应用,同时不断拓展场景边界,日益成为推动传统产业转型升级,助力实现高质量发展的关键要素。随着《“十四五”机器人产业发展规划》正式印发,机器人产业将加速驶入发展快车道,向中高端迈进。新年伊始,我国空间站机械臂转位货运飞船试验取得圆满成功,这是我国首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验。近一段时间,驰骋在浩瀚太空的中国空间站喜讯频传,机械臂身影多次出现在媒体报道中,收获国内外广泛关注。据悉,我国空间站机械臂的全部核心部件均实现国产化,形成多项国家空间机器人行业标准,助力中国制造迈上崭新台阶。

摘要： 针对机械臂一般操作过程中运动学的非完整特性进行运动规划时没有考虑机械臂与待抓取目标之间的关系与关节的实际特性,研究了存在关节死区的漂浮基平面三连杆空间机械臂拦截目标前最后阶段的载体无扰动空间规划与控制.首先根据拉格朗日第二类方程,建立存在关节死区的载体位姿均不受控的漂浮基平面三连杆空间机械臂的动力学模型,推导出三连杆空间机械臂反作用零空间的数学模型,并对反作用零空间进行向量范数约束算法研究;进而提出了一种具有抗干扰性与高收敛性的非奇异快速终端滑模控制算法实现系统的姿态无扰控制,该方法采用变系数双幂次趋近率与非奇异快速终端滑模面相结合的方式,提高系统状态收敛速度与抗干扰性.为了消除机械臂关节存在的死区特性,设计了自适应死区补偿器,通过自适应控制来逼近死区特性的上界,以消除关节死区对系统带来的影响,确保跟踪控制的有效执行.最后基于Lyapunov函数法证明了系统的稳定性,并通过系统数值仿真结果验证了存在死区情况下机械臂的各关节角跟踪上无反应空间下的期望轨迹的同时载体的姿态处于稳定状态,验证了所提方法的有效性.

摘要： 探讨载体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机器人在存在时间延迟环境下的关节空间轨迹跟踪的控制问题.在传统漂浮基空间机器人系统动力学模型基础上,融合泰勒级数展开法,建立适用于时延情况下的改进的动力学数学模型.并设计一种基于模糊递归的神经网络跟踪控制方案,利用其对任意不确定非线性项的整体逼近,来消除模型中存在的时延误差.运用Lyapunov第二类方法证明所设计控制系统的渐近稳定性.所提及的控制方案能够有效克服时延对系统稳定性的消极影响,并在提升系统控制品质的基础上得到理论延迟值的适用范围.计算机数值仿真结果验证了上述控制方案的有效性与精确性.

摘要： 研究了具有执行器故障的漂浮基空间机器人系统无速度反馈的关节轨迹跟踪控制问题,设计了基于状态观测器的神经网络积分滑模容错控制方案。首先,根据执行器故障类型建立执行器故障的数学模型,并结合拉格朗日法建立了执行器故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为实现控制器的无速度反馈,设计了状态观测器对系统速度进行估计,并结合神经网络提高估计精度;再次,根据滑模控制理论设计了积分滑模控制器,通过神经网络补偿执行器故障的影响,并设计自适应律补偿神经网络的估计误差,保证了控制器的连续性与非奇异性,使系统获得良好的轨迹跟踪精度和容错能力;最后,通过李雅普诺夫方法证明了控制方案的稳定性,并通过MATLAB数值仿真运算,验证了控制方案有效性。

摘要： 针对空间连续型机器人(SCR)位置和姿态机动、连续型机械臂变形控制以及系统受到外界干扰的问题,基于连接与阻尼配置-无源性控制(IDA-PBC)方法设计了控制器。通过能量整形得到空间连续型机器人期望的能量函数,再对系统注入阻尼使其渐近稳定。利用非线性干扰观测器估计系统受到的干扰,并对外界干扰进行补偿。仿真结果表明:设计的控制器可以使空间连续型机器人机动到指定的位置和姿态,同时控制连续型机械臂变形为期望的构型,并且具有主动抗干扰的能力。通过选择合适的能量整形系数和阻尼注入系数,可使系统以期望的动态性能到达指定的平衡点。

摘要： 针对基座姿态可控空间机器人笛卡儿路径规划中的奇异问题,提出了一种通用的运动学奇异回避算法。通过虚拟机械臂的方法建立空间机械臂的雅可比矩阵,实时判断雅可比矩阵行列式的值与角速度的关系确定奇异区,采用Newton-Raphson迭代法进行逆运动学求解,并设计了一种“微分项提取+二次拟合”的分段路径规划算法应用于奇异回避,直至关节角脱离奇异区。仿真结果表明:所提算法能够有效回避奇异,适应各种自由度与构型机械臂,调节计算时间与跟踪精度之间的关系,具备较好的通用性。

摘要： 针对未来在轨服务过程中,可能遇到单个空间机器人难以独立胜任的应用场景,需要多个空间机器人协同操作,但目前针对多空间机器人协同工作空间的研究很少。考虑到解析法计算工作空间难度很大,提出了一种基于蒙特卡洛法的一般协同工作空间数值求解方法。再进一步针对空间机器人协同的特殊性,提出了广义协同工作空间的概念,并给出了数值求解方法。仿真结果表明,基座姿态约束会引起协同工作空间的缩小,同时广义协同工作空间的范围明显大于一般协同工作空间。所得结论可以为空间机器人任务设计与规划提供参考。

摘要： 针对狭小空间内的在轨维修操作,提出了一种基于受限空间可操作度优化的刚柔混合双臂协调轨迹规划方法。根据绳驱柔性臂的结构特性对其进行运动学等效,并完成了刚柔混合双臂等效运动学模型的建立,得到基座漂浮状态下的广义雅可比矩阵以及对应的零空间投影矩阵。以任务操作方向上的可操作度为优化指标,通过零空间投影矩阵建立优化函数方程;同时基于分解运动速度控制,通过广义雅可比矩阵实现末端速度空间到关节速度空间的映射,实现了混合双臂抓持-操作目标的同步运动控制。最后,开发了基于联合仿真软件的混合双臂联合仿真系统,仿真结果验证了上述方法的有效性。

摘要： 空间机器人动力学特性复杂,具有强耦合、非线性、时变等特点,如何对其进行高效地建模、并设计有效的控制策略,是航天动力学与控制领域的研究热点.现有的空间机器人控制方案可分为“集中式”与“分布式”:前者将系统视为一个耦合的整体,控制器具有多输入多输出形式;后者将系统视为若干个耦合的子系统,每个子系统为机械臂的一个臂杆,并针对每个子系统各设计单输入单输出形式的控制器.集中式控制具有控制精度高、但计算量大的特点,分布式控制具有控制精度低、但计算效率高、易于实时解算的特点.本文综合以上两种方案,提出一种折中的控制策略——递推分布式控制.首先基于多体系统动力学递推算法,考虑各体间耦合,写出各个子系统的跟踪误差动力学方程.然后设计分布式非奇异终端滑模控制律,使跟踪误差能在有限时间内收敛到任意小的原点邻域内.最后通过带有一部机械臂的空间机器人轨迹跟踪任务进行数值仿真,验证控制方案的有效性.

摘要： 研究了空间机器人系统捕获不确定参数目标时发生碰撞的冲击效应及之后的稳定控制问题.利用多刚体系统理论获得空间机器人及目标动力学模型.利用运动几何关系及机械臂末端与目标物之间力的传递关系,分析了空间机械臂捕获目标的冲击影响.针对完成捕获操作后的联合体系统存在参数不确定及外部扰动的情况,提出了双幂次滑模神经网络方案.利用快速双幂次滑模趋近律保证了系统的收敛速度,运用神经网络逼近系统的参数不确定项及外部扰动,上述控制方案具有抑制抖振的效果.基于李雅普诺夫方法,设计了权值自适应律,证明了系统的全局稳定性.计算机数值仿真实验模拟了碰撞冲击效应,验证了上述控制方案的有效性.

摘要： 本文对空间机器人的定义及分类进行了梳理,选取用于在轨服务的自由飞行空间机器人作为研究对象.分析得出针对高轨非合作目标操作的空间机器人正在研发试验阶段等发展现状;分别研究美国、欧洲、日本的重点空间机器人项目并总结发展特点;推论出空间机器人将朝智能自主、操作任意目标、多轨道可达、快速机动、多功能一体化方向发展的趋势.

摘要： 针对自由漂浮空间机器人的执行器故障问题,提出一种基于自适应模糊系统的分散被动容错控制方法.这种方法将自由漂浮空间机器人的动力学描述为一个交联子系统的集合,子系统控制器由自适应模糊系统和鲁棒控制项组成.控制器设计不需要机器人的动力学模型,在执行机构发生故障的情况下,把失效因子整合到子系统动力学模型中,采用模糊逻辑系统逼近子系统动力学模型.控制器设计采用间接自适应方法,子系统控制器的自适应参数更新律基于Lyapunov稳定性理论设计,保证了系统的稳定性和H∞跟踪性能.数值仿真结果表明,在发生故障的情况下,自适应控制算法可以保证系统的渐近稳定,执行机构的跟踪误差均小于0.005弧度.

摘要： 随着载人航天的深入发展,虚拟现实技术在航天领域的应用更为广泛,本文对国内外虚拟现实技术在航天员训练中的应用情况进行综述,主要包括:航天员舱外活动集成性训练、空间站内生命科学试验演练、空间站内定向与导航训练、空间机器人遥操作等,并结合我国载人航天规划,针对虚拟现实技术应用于我国空间站建设及空间应用所需解决的关键技术进行了讨论,提出了进一步的研究建议.

摘要： 讨论了空间机器人系统捕获目标过程的冲击效应,及捕获运动目标后的轨迹跟踪问题.首先采用拉格朗日第二类方程建立系统动力学方程,利用动量定理及力的传递关系,结合牛顿欧拉法分析了空机机器人捕获目标过程的冲击效应.其次,针对存在干扰及空间机器人捕获目标后系统参数不确定情况下,对于捕获目标后的联合体系统,提出了一种自适应分散神经网络控制方案.由于空间机器人具有强耦合特性,对每一个子系统设计控制器并构建伪线性系统,由各子系统的状态反馈信息来提供控制信号.而系统的参数不确定性及外部干扰,通过引入了神经网络控制,消除系统的干扰、关联项及逼近误差.通过一个平面空机器人的冲击效应及轨迹跟踪过程进行数值仿真,结果证明了所提出的控制方案的有效性.

摘要： 研究了载体位置、姿态均不受控情况下,系统参数不确定的自由漂浮空间机器人关节轨迹跟踪的控制问题.首先结合系统动量守恒和动量矩守恒关系,采用拉格朗日第二类方法推导出系统动力学模型.针对系统参数不确定的情况,提出了一种基于非线性干扰观测器的退步自适应滑模控制方法,将估计的系统动力学模型与实际的系统动力学模型之间的误差视为系统的外部扰动,并利用非线性干扰观测器进行误差观测补偿,从而减小了由于系统模型不确定所造成的影响;之后再利用退步自适应滑模控制方法保证系统运动轨迹的跟踪.最后通过李雅普诺夫方法验证系统的稳定性.相比于传统的自适应鲁棒控制方法,该方案不需对系统惯性参数进行线性化处理,减小了所需的控制力矩,并且控制器的结构简单.通过平面两杆空间机器人的数值仿真证明了该方法的有效性.

摘要： 基于智能机器人空间在轨服务任务,提出了一种新的3D双臂空间机器人的广义雅克比矩阵推导方法,并进行运动学特性分析,通过Simulink与ADAMS进行3D双臂多自由度空间机器人的动力学仿真.与以往对多臂机器人广义雅克比矩阵推导的单臂化或平面化处理不同,本文方法适用于任意多臂多自由度空间机器人广义雅克比矩阵的推导,是一种普遍通用的推导方法,若以本文推导的结果为基础推导3臂或多臂系统的GJM只需更改求和上限.

摘要： 针对空间碎片的捕获问题,提出一种多面体构型的机械臂-绳系机构,空间机器人通过该机构实现对不同尺寸、形状、运动状态碎片的抓捕.该机构由多个机械臂构成,各机械臂端部由绳系连接,组成具有一定包络范围、可收放的空间多面体.该机构不需要目标提供主动的对接点、可实现对旋转目标的捕获、且能可逆的释放目标.首先介绍结构设计方案;其次建立带有多面体机构的空间机器人ADAMS虚拟样机;然后设计了两种目标抓捕方案——包裹式和夹持式,前者利用目标多面体机构的内部空间将目标包裹,后者利用多面体的某一面的臂杆运动实现夹持;最后通过算例验证方案的有效性.

摘要： 为保证航天器在复杂的空间环境中运行更加稳定可靠,航天器的在轨检测技术已成为在轨服务体系中一个重要的发展方向.针对目前航天器伴飞观测系统在近距离在轨检测技术中存在的技术局限,本项目将空间机器人作为待测航天器接近与伴飞的新型检测平台,研究一种基于空间机器人技术的航天器近距离在轨检测运动规划方法.由于空间伴飞机器人具有良好的机动性,并且其末端执行器可以携带不同的非接触贴近检测装置,因此该方法可满足多数航天器在轨近距离检测的需求.

摘要： 本发明公开了一种机器人空间轨迹插补方法及机器人，机器人空间轨迹插补方法应用于机器人的规划路径的获取，包括：获取机器人的目标行动范围的区间；在区间内获取多个采样点，形成点集，并获取每一个采样点所对应的机器人的轴位置，形成轴位置集合；根据点集和轴位置集合拟合样条曲线S(x)；根据样条曲线S(x)进行插补以便获取机器人的规划路径。本发明提供的机器人空间轨迹插补方法在使用的过程中只需选取较少的采样点，简化了计算的过程，并且可以满足所需的精度要求，在插补的过程中，可以将插补的点带入样条曲线S(x)计算得到对应的轴位置，根据样条曲线S(x)可以得到机器人的规划路径，简化了机器人运动的控制过程。

摘要： 本发明提供了一种机器人运动空间标记方法，包括：采集机器人在运动空间下的探测数据帧，并根据所述探测数据帧建立所述运动空间下的3D点云地图、2D地图；利用所述3D点云地图、机器人高度，获取机器人高度所在平面以下的第一点云地图；根据机器人工作数据，在所述2D地图上确定机器人运动的起点、终点及运动路线；对所述运动路线进行采样，并结合机器人轮廓数据，计算机器人在所述运动路线上的轮廓点云；根据所述第一点云地图、轮廓点云获取机器人运动的风险点，并标记所述风险点，从而解决机器人运动路线规划中过于依赖工程人员经验的问题。

摘要： 本发明实施例涉及机器人测试技术领域，公开了一种机器人测试空间的获取方法、装置、机器人系统，所述方法包括：根据机器人的预设参数与预设的平面面积计算函数，计算机器人的平面面积；根据平面面积与机器人的丝杆最大行程值，计算机器人的测试空间体积；根据测试空间体积与预设的坐标系，获取机器人的测试空间的点位坐标。本发明提出一种通过计算SCARA机器人性能测试空间及点位进行性能测试的方法，该方法通过计算机器人测试平面面积来获取其测试空间体积，进而得到测试点位坐标进行性能测试，适用于所有SCARA机器人。

摘要： 机器人控制模型学习装置(10)对于以表示在动态环境中向目的地自主行驶的机器人的状态的状态信息为输入而从包括介入环境的介入行动的多个行动中选择并输出与机器人的状态对应的行动的机器人控制模型，将执行了介入行动的介入次数作为负的报酬对该机器人控制模型进行强化学习。

摘要： 本发明提供了记录封闭空间轮廓的机器人以及利用机器人来记录封闭空间轮廓的方法。一个实施例提供一种用于记录封闭空间轮廓的机器人，其包括：第一传感器，测量机器人距前方边界的第一距离；第二传感器，测量机器人距后方边界的第二距离；第三传感器，测量机器人与左侧或右侧边界的第三距离；控制器，与所述三个传感器连接，并且通过对第一距离和第二距离中的一者与预设距离进行第一比较、对第三距离与预设距离进行第二比较来调整所述机器人的行进轨迹；所述记录所述行进轨迹。还提供了一种利用机器人来记录封闭空间轮廓的方法。

摘要： 本申请涉及一种机器人的空间位姿确定方法、装置和机器人。方法包括：获取目标机器人的拍摄装置拍摄得到的连续两帧位姿图像；位姿图像包括彩色图像和深度图像；分别从两帧彩色图像中提取特征点；其中，在靠近彩色图像的中心像素点的区域选取的特征点的数量，大于在远离中心像素点的区域选取的特征点的数量；中心像素点为彩色图像的图像中心对应的像素点；对从两帧彩色图像中提取出的特征点进行匹配，确定匹配点；根据彩色图像和深度图像的对应关系，利用深度图像中与匹配点位置对应的深度值进行位姿计算，得到目标机器人的空间位姿。本方法能够提高确定出机器人的空间位姿的精准度。

摘要： 本发明公开了一种基于外环速度补偿的封闭机器人任务空间学习控制方法、存储介质及机器人，方法包括：建立具有内部速度PI控制器的封闭机器人动力学和运动学模型，并构建期望的末端周期轨迹；设计自适应神经网络速度补偿控制指令，利用确定学习理论获取经验知识，并通过参数收敛性质获取机器人运动学知识；基于所获知识设计速度补偿学习控制指令。本发明所设计方法通过分离封闭机器人动力学和运动学，在运用确定学习理论实现系统经验知识获取的基础上，保证了未知运动学参数的收敛，实现了学习控制算法在具有未知动力学和运动学封闭机器人系统上的应用，基于所获知识设计的速度补偿学习控制指令，在节省计算资源的同时提升了机器人暂态跟踪性能。

摘要： 本发明提供了一种机器人可运行轨迹空间生成方法，其特征在于，包括步骤：采集机器人环境信息；采用BP神经网络对机器人环境信息进行分类，获取障碍物的动态信息；根据动态信息建立机器人移动环境模型；采用人工势场法计算得到机器人可运行轨迹空间。本发明实时获取环境信息，采用BP神经网络算法，获取环境中障碍物的动态分别，根据环境信息进行轨迹空间的生成，从而达到机器人自适应多种复杂工作环境的效果。

摘要： 本实用新型实施例涉及一种轨道机器人用活动连接装置、动力机器人、采集机器人、供电机器人和轨道机器人，其中轨道机器人用活动连接装置包括：固定装置和连接组件；固定装置上连接有负载载荷；连接组件包括串联的横摆连接梁和纵摆连接梁；横摆连接梁通过横摆连接轴连接在固定装置上，纵摆连接梁通过纵摆连接轴连接在横摆连接梁上，纵摆连接梁通过转动轮与轨道连接；或，纵摆连接梁通过纵摆连接轴连接在固定装置上，横摆连接梁通过横摆连接轴连接在纵摆连接梁上，横摆连接梁通过转动轮与轨道连接。本实用新型实施例提供轨道机器人用活动连接装置，可以实现完成轨道机器人的上下左右灵活运动。

摘要： 本发明公开了一种自由漂浮空间机器人轨迹规划方法、机器人及介质，所述方法包括如下步骤：对机器人进行初始化，设置各项初始值；计算机器人期望轨迹与实际轨迹的轨迹误差、机器人关节速度与末端执行器的线速度和角速度的矩阵的最小奇异值估计以及该矩阵的阻尼伪逆；将轨迹误差与轨迹误差阈值、最小奇异值估计与最小奇异值估计阈值进行比较；当轨迹误差大于轨迹误差阈值，且最小奇异值估计大于最小奇异值估计阈值时，计算误差反馈补偿；根据反馈补偿，设置代价函数；根据代价函数与混沌粒子群优化算法，对轨迹进行优化求解。本发明通过结合阻尼最小二乘方法和反馈补偿来避免动力学奇异点，并逐渐减小机器人轨迹的轨迹误差。