空间机械臂

摘要： 讨论了空间机械臂在轨插、拔孔操作的阻抗控制问题.?为此,结合系统动量守恒关系,空间机械臂替换部件末端输出插、拔孔主动力与孔内所受摩擦阻力作用关系,以及第二类拉格朗日方程,推导得到了载体位置、姿态均不受控制情况下,空间机械臂在轨插、拔孔操作过程系统动力学方程.?同时,根据相关操作控制系统设计需要,利用系统位置几何关系分析、建立了空间机械臂替换部件末端相对基联坐标系的相对运动雅可比关系.?之后,由空间机械臂替换部件末端位姿与末端输出插、拔孔主动力之间的动态关系并结合阻抗控制原理,建立了二阶线性阻抗模型.?在上述工作基础上,针对空间机械臂在轨插、拔孔操作过程同时存在运动学与动力学不确定性的情况,设计了空间机械臂替换部件末端力/位姿跟踪指数型阻抗控制策略;并通过李雅普诺夫理论,证明了控制系统的稳定性.?提到的控制策略具有结构简单、收敛速度快、稳定性好的特点.?系统数值仿真,验证了上述控制策略的有效性.

摘要： 针对冗余空间机械臂的路径规划问题,研究了在构型空间内进行试探性搜索障碍规避的规划方法。在工作空间中对凸多面体障碍物进行碰撞检测算法研究,在此基础上建立7自由度冗余机械臂无碰撞的目标构型求解策略,并提出一种无碰撞路径试探性搜索算法,设计在构型空间中的机械臂路径试探算法,可在检测到碰撞后自主调整路径。仿真结果表明:与常规构型空间避障算法相比,本文提出的试探性搜索算法效率提升了17.89%。

摘要： 机器人空间组装是建造超大型航天器的重要方式。当前针对空间组装的研究大多集中于小型结构,没有考虑万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应的影响。本文针对主结构-空间机器人-待组装结构组成的系统,建立姿-轨-柔耦合动力学模型,研究万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对组装过程的影响。首先,将空间机器人看作刚体,将主结构和待组装结构看作柔性体,分别采用自然坐标法和绝对节点坐标法进行运动学描述;然后,考虑刚体和柔性体的动能、万有引力势能和弹性势能推导系统的Hamilton方程,计入万有引力和万有引力梯度的影响;最后,通过轨迹规划和轨迹跟踪控制实现空间机器人空间组装超大型结构的姿-轨-柔耦合动力学仿真,给出组装过程中系统的轨道运动、姿态运动、空间机器人关节空间和笛卡尔空间、结构振动等动力学响应。研究发现:万有引力梯度和姿-轨-柔耦合效应对空间机器人的控制力矩和组装精度产生显著影响,在组装方案设计和控制系统设计中必须予以考虑。

摘要： 为了解决由于视觉传感器视角单一、光线条件复杂导致的空间机械臂作业中相似目标识别较差的问题,提出一种基于CNN-GRU的视触融合目标识别系统。系统由机械臂、灵巧手和视觉传感器构成,实现了对目标物视觉和触觉信息的自主采样,并通过CNN-GRU网络提取视觉信息的空间特征和触觉信息的时序特征,有效利用多模态信息,提高目标识别的准确率。实验结果表明:在14种物品分类实验中准确率为97.8%,对比单一视觉CNN-V和触觉GRU-T网络分别提升16.3%和15.8%;同时,CNN-GRU在准确率和预测速度上明显优于传统最邻近算法和支持向量机算法。

摘要： 针对空间机械臂辅助深层采样任务中的建模与控制问题,基于刚体李群SO(3)方法对机械臂进行建模。通过梯形规划对机械臂进行轨迹规划,采用阻抗控制方法控制机械臂运动。推导了李群SO(3)模型下机械臂关节空间与末端笛卡尔空间之间的雅可比矩阵,并且得到了两个空间的相互转换关系。采用锥互补方法计算采样机械臂与复杂接触面的碰撞力,并基于非光滑算法求解锥互补条件与系统动力学方程。通过对比位置控制与阻抗控制,证明了阻抗控制在实际应用过程中能够更加柔顺地控制机械臂与接触面进行接触。通过对控制参数进行调整,探究了不同控制参数对机械臂控制的影响,优化得到了合适的控制参数,从而能控制机械臂辅助完成深层采样的任务。

摘要： 针对空间机械臂在轨加注过程中将加注主动端同时插入双组元推进剂加注口的需求,提出了一种机械臂的柔顺控制方法,该方法可满足插孔控制过程中,同一零件上两相对独立的结构部分同时进入两个孔径的需求.首先对双轴孔的插孔过程和接触状态进行分析,提出了最优插孔参考轨迹,而后设计了一种基于阻抗控制的柔顺控制器,在接触力反馈的作用下实现了插孔过程柔顺的自主配合,最后在仿真环境下建立仿真实验模型验证双轴孔插孔控制器的应用效果.本文提出的柔顺控制方法满足在轨加注、在轨装配等需要同时实现双轴孔配合的空间操作要求,适应于空间在轨服务机械臂遥操作以及智能化操作技术的发展需求.

摘要： 为实现航天员与空间机械臂的脑机交互,针对稳态视觉诱发电位脑机接口(SSVEP-BCI),提出一种基于卷积神经网络的SSVEP信号分类方法;该方法以SSVEP信号经过快速傅立叶变换的特征为输入,经过三层卷积层、全连接等操作实现信号的分类识别;采用清华大学Benchmark数据集对该方法进行测试,在1秒的时间窗口下,平均分类准确率为99.07%,平均信息传输率为149.24 b/min,均明显高于采用典型相关分析或滤波器组典型相关分析的方法;实验对比分析表明,该方法针对短时间窗口的SSVEP信号具有较好的目标分类效果;最后,使用分类后的信号作为控制信号,对仿真环境下的空间机械臂进行操作,实现人和空间机械臂的脑机交互。

摘要： 空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性。针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学建模、运动空间与碰撞关系分析的仿真验证策略,给出了关节运动、关节力矩和碰撞安全距离的计算方法以及超限检测与风险判断的准则,最后通过对关节超限检测、速度超限检测、力矩超限检测、碰撞检测与风险预估的仿真实验,证明了空间机械臂运动控制的地面仿真验证方法的有效性。

摘要： 针对运动想象脑电信号实现任务少、识别准确率低等问题,提出了一种基于小波包分解的共空间模式脑电信号特征提取方法。该方法通过长短期记忆网络进行脑电信号解码,采用独立成分分析的方法将运动想象信号进行盲源分离,采用小波包分解方法将每个通道脑电信号按频率分为8组。计算每组信号的功率值,采用递归特性消除方法去除对分类不重要的10个节点特征,将被选择的节点信号采用1对1共空间模式提取空域特征,将特征矩阵输入长短期记忆网络进行脑电信号解码,得到4类运动想象信号分类结果。采用本文方法对公开的脑机接口竞赛数据集(包括左手想象信号、右手想象信号、舌头想象信号、双脚想象信号)前3位受试者数据进行验证,结果表明:本文方法的识别准确率分别为90.28%、94.25%、96.55%,平均识别准确率达到93.69%。与其他方法对比,本文方法识别准确率较高。用识别的脑电信号作为解码控制信号,控制虚拟太空环境中的空间机械臂顺时针或逆时针运动,达到抓取空间中目标物体的目的。

摘要： 随着空间探索的不断深入,人类从认识空间环境逐渐转向开发和利用空间资源,空间机械臂因其运动范围广、操作能力强等特点被广泛应用于空间探索活动。复杂的太空环境以及繁重的空间操控任务对空间机械臂的自主性与智能性提出了越来越高的要求。本文在概述空间机械臂的发展现状及其关键技术的基础上,对空间机械臂智能规划与控制技术展开综述,重点阐述国内外学者在空间机械臂任务规划、运动规划以及运动控制等方面中取得的研究成果,进而展望了后续空间机械臂规划与控制的发展方向。

摘要： 针对七自由度空间机械臂的体感控制问题,提出了一种基于操作周期和运动周期的增量式关节角人机运动映射方法.使用Kinet传感器采集人体关节点坐标数据并使用空间向量法计算关节角,根据关节角增量及手势命令计算得到机械臂关节角.为解决关节坐标数据的抖动与失真问题,分析了Kinet对不同关节点采集的数据精度的关系,并给出一种限幅平滑滤波算法.结合上述结果,提出对操作周期进行分段的方法,并给出了优化后的体感控制算法.最后,搭建了空间机械臂体感控制的仿真试验平台,在Unity中搭建仿真试验场景,经体感控制下的空间机械臂运动试验验证了所提出方法的可行性.

摘要： 本文在热辐射对空间机械臂输出的力学特性的研究基础上,考虑了机械臂表面热防护层的隔热作用.首先,研究了机械臂表面热防护层的性能,建立了考虑热防护层的空间机械臂完备热力学模型.随后,分析了机械臂在不同轨道运行的动力学输出特性.通过设定空间机械臂在轨作业的许用误差限,探究机械臂在轨最佳工作区间并给出最优防热操作策略.

摘要： 本文对输出力矩受限的漂浮基空间机械臂的控制问题进行了讨论.结合系统动量守恒关系和拉格朗日方法建立了系统动力学模型.为此本文设计了在输出力矩受限情况下,仅有位置传感、建模不确定性及干扰的空间机械臂系统协调运动的自适应PID反馈控制算法.该算法采用高精度滤波器估计机器人关节速度,使得整个系统的闭环控制仅需位置输出反馈.在控制率中引入饱和函数,保证输出力矩在给定限制范围内.同时采用自适应PID控制器补偿建模不确定性和干扰.基于Lyapunov稳定性理论证明了该算法可确保控制系统是渐近稳定的.针对平面两关节漂浮基空间机械臂仿真结果表明了所提出的控制方案良好的跟踪性和快速收敛性.

摘要： 讨论了载体位置、姿态均不受控并具有有界外部扰动飘浮基柔性两杆空间机械臂振动不主动抑制的全局鲁棒Terminal滑模控制.首先选择合理的联体坐标系,利用拉格朗日方程并结合动量守恒原理得到系统的动力学方程.根据Terminal滑模控制技术,给出了系统的Terminal滑模面,进而提出了系统的Terminal滑模运动控制算法.然后分析了这种Terminal滑模控制器控制下系统中的两柔性杆的振动,并对两柔性杆的振动进行了数值仿真.这种Terminal滑模控制律消除了惯常滑模控制的到达阶段,从而具有全局鲁棒性与稳定性;同时还保证了输出误差在任意指定有限时间内收敛到零.系统的数值仿真表明这种Terminal滑模控制器能够使机械臂关节轨迹快速而稳定地追踪上期望运动轨迹,而系统中两柔性杆件始终存在比较大的柔性振动.该控制方案的显著优点为不需要测量、反馈载体的位置、移动速度、移动加速度;减少了系统的设计、制造、发射、维护费用,提高了系统的可靠性.

摘要： 空间机械臂是航天器在轨服务的重要工具,在发射阶段往往要求较小的包络,在空间应用阶段又需要足够大的操作范围,同时在轨应用服务任务也对机械臂操作精度提出了很高的要求,所以单一构型的空间机械臂很难满足以上需求.为此本文提出一种臂杆可伸缩的自重构空间机械臂:当机械臂处于收缩状态时,具有发射包络小,操作精度高的特点;当机械臂处于伸长状态时,具有可达范围大的特点.臂杆伸缩自重构的功能大大提高了机械臂在轨服务的适应能力.

摘要： 空间机械臂的轻量化设计与在轨制造技术在未来航天领域具有十分重要的意义.文章对目前国内外空间机械臂进行研究与分析,报告了其轻量化设计的方法,以及国内外空间机械臂在轨制造取得的成果;分析了空间机械臂的结构形式、材料选用及减重效果.对比国内外研究现状,发现国外某些发达国家在轻量化设计与在轨制造方面都处于国际领先水平,国内在该领域有待发展提高.为了提高国内空间机械臂的设计与制造水平,文章提出了轻量化设计与在轨制造的关键问题以及目前急需开展的研究工作.

摘要： 针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务,采用阻抗控制方法,解决因大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素导致末端位置精度差,对接机构偏离对中位置带来的对接困难的问题.首先,分析舱体对接任务中的对接机构,发现其受到碰撞力之后,对接机构受力方向与轴-孔对中位姿偏差减小方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性.然后,由于六维力传感器安装位置距离对接机构较远,且对接舱体质量较大,惯性力影响严重,无法为阻抗控制算法提供反映真实对接情况的力信号.针对此问题,本文提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性.仿真实验结果表明,采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小.

摘要： 空间机械臂在运动过程中,关节中的电机、谐波减速器和传感器等柔性结构产生的弹性变形和机械振动随着关节转速的变化,会不同程度地影响机械臂关节的振动特性,通过改变机械臂的关节转速,基于FFT变换深入分析了转速对机械臂关节振动特性的影响.

摘要： 提出了一种新的基于逆运动学分析和粒子群优化算法的柔性机械臂笛卡尔空间轨迹规划和振动抑制方法.采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别对柔性关节、柔性臂杆进行动力学建模,最终得到全面考虑柔性特性的柔性机械臂动力学模型;针对机械臂末端笛卡尔空间"点到点"和"静止到静止"的规划运动,采用五次多项式函数对末端轨迹进行离散规划,并通过逆运动学理论分析求解得到含冗余参数的关节空间电机转动轨迹;采用粒子群优化算法(PSO),将满足机械臂末端振动最小化的轨迹规划问题转换为待定冗余参数的优化问题,并迭代优化求解该参数;最后以三自由度柔性机械臂开展仿真研究.仿真结果表明,提出的规划方法具有很高的收敛速度,节约了计算时间;能够实现预定的机械臂轨迹规划;对机械臂末端点的残余振动能够进行有效地抑制.

摘要： 本文基于机器人D-H法对机械臂建立数学模型,求解机械臂的运动学方程;基于拉格朗日方法对机械臂进行动力学建模,求解机械臂在复合力场下的动力学方程.运用MATLAB软件求解机械臂各关节作用力矩情况.建立MATLAB与ADAMS联合仿真系统,实现控制与机械系统交互式仿真.经分析,复合力场下仿真结果与数学模型计算结果得到的机械臂各关节力矩曲线图变化趋势一致,力矩大小数据误差在1％以内,误差值在可接受范围之内.故该仿真研究可以作为评价地面微重力模拟实验准确性的系统化方法.

摘要： 本申请实施例提供一种机械臂空间位置调整方法、装置、机械臂及存储介质。根据获取到的人工重力场的预设加速度、人工重力场在预设参考坐标系中的第一向量、机械臂中的特征点在预设参考坐标系中的第二向量以及参考点在预设参考坐标系中的第三向量，计算该机械臂的特征点移动到参考点的过程中的势能函数。基于该势能函数结合预设零空间算子，得到该机械臂的特征点移动到参考点的过程所需要的零空间虚拟力矩，以调整该机械臂的各个关节。如此，实现根据任务要求自由的调整机械臂冗余关节的位置。

摘要： 本申请实施例提供一种机械臂空间位置调整方法、装置、机械臂及存储介质。根据获取到的人工重力场的预设加速度、人工重力场在预设参考坐标系中的第一向量、机械臂中的特征点在预设参考坐标系中的第二向量以及参考点在预设参考坐标系中的第三向量，计算该机械臂的特征点移动到参考点的过程中的势能函数。基于该势能函数结合预设零空间算子，得到该机械臂的特征点移动到参考点的过程所需要的零空间虚拟力矩，以调整该机械臂的各个关节。如此，实现根据任务要求自由的调整机械臂冗余关节的位置。

摘要： 一种用于机械臂关节的制动装置、机械臂关节及机械臂，机械臂关节包括读头组件(20)，制动装置包括电磁制动器(30)和用于将电磁制动器(30)与外部零件连接的固定件(40)，电磁制动器(30)包括刹车片(31)和紧邻刹车片(31)设置的底座(33)，底座(33)设置有制动铁芯和线圈，底座(33)与固定件(40)连接后，底座(33)远离刹车片(31)的端面朝向读头组件(20)。

摘要： 本实用新型公开一种可自动编号的机械臂关节、机械臂主控制器和机械臂，其中，可自动编号的机械臂关节包括关节PCBA和设于关节PCBA上的第一连接器、MCU和多个MCU检测引脚，每个MCU检测引脚分别通过一个上拉电阻连接电源，MCU用于采集各MCU检测引脚的电平信号并据此对机械臂关节进行编号，第一连接器包括多个第一引脚，每个第一引脚的公共端接地。本实用新型所提出的机械臂关节的编号，由各MCU检测引脚处的电平信号确定，电平信号的高低可通过MCU检测引脚接地与否改变，从而使得该关节具有与其它关节不同的位置编号。由于无需对关节PCBA进行软件烧录，因此关节PCBA可装配在任一关节上，从而提高关节PCBA的混用性。

摘要： 本实用新型公开一种机械臂关节的双磁编结构，机械臂关节包括内部中空的外壳，外壳内设有第一磁编码器、第二磁编码器和关节电机，关节电机包括电机转轴和套设于电机转轴上的电机转子；第一磁编码器包括第一磁环和第一读头，第一磁环套设于电机转轴上，第二磁编码器包括第二磁环和第二读头，第二磁环套设于电机转子上，第一磁环与第二磁环呈同轴间隔设置。本实用新型实施例所提出的机械臂关节的双磁编结构，其具有两个呈上下状态布置的第一磁环和第二磁环，第一磁环作为关节电机的输出侧套设于转轴上，第二磁环作为关节电机的输入侧套设于电机转子上，关节电机转动时分别通过第一读头和第二读头读取其转速、角度等转动参数。

摘要： 本申请公开了一种空间机械臂系统、空间机械臂系统的控制方法及存储介质。该空间机械臂系统包括监控主机以及分别与所述监控主机相连接的图像采集模块、生物电信号采集模块、AR眼镜模块和机械臂；图像采集模块用于采集图像；监控主机用于处理图像，并发送处理后的图像；AR眼镜模块用于接收并显示处理后的图像；生物电信号采集模块用于采集航天员的生物电信号；监控主机还用于处理生物电信号，并发送相应的控制指令；机械臂用于接收所述控制指令并根据所述控制指令运动。本申请的空间机械臂系统使航天员能够高效率地作业，不需要其他额外的人工操作，从而节约了人力成本，系统自动化程度高、工作效率高，能够很好地满足实际应用需要。

摘要： 一种可用于快速重构的模块化空间机械臂关节及机械臂，该关节包括：具有身部、肩部和颈部的柱状主壳体，安装在主壳体颈部顶端的谐波减速器，套设于谐波减速器外的上壳体，设置于主壳体颈部内的定轴齿轮传动系统，固定于主壳体身部内的电机、制动系统及电气系统，以及设置于底板中心处且向上贯穿整个主壳体和上壳体的线管；所述肩部构成该关节的固定部，肩部设置多个第一连接孔；所述上壳体构成该关节的输出端，其上端与谐波减速器输出端固连且设置多个第二连接孔；定轴齿轮传动系统通过其第一齿轮连接谐波减速器输入端，通过第二及第三齿轮连接电机及制动系统。该机构臂包括上述关节。本关节具有结构紧凑、中心管走线、模块化可重构等优点。

摘要： 本申请公开了一种空间机械臂系统、空间机械臂系统的控制方法及存储介质。该空间机械臂系统包括监控主机以及分别与所述监控主机相连接的图像采集模块、生物电信号采集模块、AR眼镜模块和机械臂；图像采集模块用于采集图像；监控主机用于处理图像，并发送处理后的图像；AR眼镜模块用于接收并显示处理后的图像；生物电信号采集模块用于采集航天员的生物电信号；监控主机还用于处理生物电信号，并发送相应的控制指令；机械臂用于接收所述控制指令并根据所述控制指令运动。本申请的空间机械臂系统使航天员能够高效率地作业，不需要其他额外的人工操作，从而节约了人力成本，系统自动化程度高、工作效率高，能够很好地满足实际应用需要。

摘要： 一种可用于快速重构的模块化空间机械臂关节及机械臂，该关节包括：具有身部、肩部和颈部的柱状主壳体，安装在主壳体颈部顶端的谐波减速器，套设于谐波减速器外的上壳体，设置于主壳体颈部内的定轴齿轮传动系统，固定于主壳体身部内的电机、制动系统及电气系统，以及设置于底板中心处且向上贯穿整个主壳体和上壳体的线管；所述肩部构成该关节的固定部，肩部设置多个第一连接孔；所述上壳体构成该关节的输出端，其上端与谐波减速器输出端固连且设置多个第二连接孔；定轴齿轮传动系统通过其第一齿轮连接谐波减速器输入端，通过第二及第三齿轮连接电机及制动系统。该机构臂包括上述关节。本关节具有结构紧凑、中心管走线、模块化可重构等优点。

摘要： 一种可用于快速重构的模块化空间机械臂关节及机械臂，该关节包括：具有身部、肩部和颈部的柱状主壳体，安装在主壳体颈部顶端的谐波减速器，套设于谐波减速器外的上壳体，设置于主壳体颈部内的定轴齿轮传动系统，固定于主壳体身部内的电机、制动系统及电气系统，以及设置于底板中心处且向上贯穿整个主壳体和上壳体的线管；所述肩部构成该关节的固定部，肩部设置多个第一连接孔；所述上壳体构成该关节的输出端，其上端与谐波减速器输出端固连且设置多个第二连接孔；定轴齿轮传动系统通过其第一齿轮连接谐波减速器输入端，通过第二及第三齿轮连接电机及制动系统。该机构臂包括上述关节。本关节具有结构紧凑、中心管走线、模块化可重构等优点。