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期刊信息/Journal information
载人航天
载人航天

周建平

双月刊

1674-5825

zrht@cmse.gov.cn

010-66354531/32;010-66357172

100720

北京市北三环中路四号

载人航天/Journal MANNED SPACEFLIGHTCSCD北大核心CSTPCD
正式出版
收录年代

    基于多视觉靶标分布的空间机械臂自标定方法

    贾庆轩曹滢陈钢贾世元...
    711-721页
    查看更多>>摘要：针对基于视觉测量的传统自标定方法存在可测量区域较小,仅能对空间机械臂局部工作空间内的位姿进行测量的问题,提出了一种基于多视觉靶标分布的自标定方法.通过分析手眼相机可测量区域大小与靶标数量及位置的关系,基于可观测性指数最大的目标优选多个视觉靶标的分布信息,实现在多个区域内对机械臂的末端位姿测量,最后对7 自由度空间机械臂进行仿真实验.实验结果表明:单视觉靶标测量方案位置平均误差降低了 70.68%,姿态平均误差降低了72.41%;多视觉靶标测量方案位置平均误差降低了 88.66%,姿态平均误差降低了84.17%.相比于单视觉靶标测量方案,基于多视觉靶标的测量方案更能表征误差的影响能力,提高了标定结果的可靠性与全局最优性,验证了基于多视觉靶标分布的自标定方案的有效性.

    空间机械臂多视觉靶标分布自标定精度提升

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    空间双臂机器人抓捕自旋目标的后抓捕阶段稳定控制方法

    张海博詹博文何英姿魏春玲...
    722-734页
    查看更多>>摘要：针对空间双臂机器人在轨抓捕自旋目标后的后抓捕阶段稳定问题,提出了一种考虑避障约束的协同稳定控制方法(CCFDS).该方法由稳定过程的轨迹规划与空间双臂机器人协同控制组成:利用加速度势场法设计了一种复合体稳定轨迹规划算法,可在线生成速度级运动轨迹以引导空间双臂机器人与抓捕目标到达稳定状态,并利用空间机器人与障碍物之间的相对位置和相对速度作为输入信息,提高避障能力;根据空间双臂机器人与抓捕目标之间的闭链系统动力学模型,设计基于计算力矩法的协同控制器.仿真结果表明:在CCFDS方法作用下,空间双臂机器人在后抓捕阶段可持续减小抓捕目标的自旋动量;同时,在抓捕目标稳定过程中空间机械臂与周围障碍物的最短距离满足限制要求,验证了CCFDS方法的有效性.

    后抓捕阶段稳定控制在轨抓捕自旋目标空间机器人避障协同控制

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    基于臂型角的Baxter机械臂运动映射方法

    赵京东王梓睿张佳钰孔祥祎...
    735-745页
    查看更多>>摘要：在采用机器人进行远程操作过程中,针对任务空间映射算法的参数确定缺少系统化理论的问题,提出了一种系统化的定缩放因子映射算法和姿态映射算法,使映射后的人臂工作空间尽可能充满机械臂工作空间;针对任务空间映射会丢失臂型角信息的问题,提出基于黄金分割法的臂型角逆运动学求解方法,将臂型角的概念推广到有连杆长度的SRS型机械臂中;针对Kinect相机的随机抖动,提出基于卡尔曼滤波的消抖算法.实验结果表明:逆运动学算法能以平均时间 2.8 ms正确跟踪期望轨迹;轨迹跟踪x 方向平均误差为 9.04 mm,y 方向误差为10.49 mm,z方向误差为6.49 mm,臂型角平均跟踪误差为 0.74°.Baxter机械臂能够执行期望的目标轨迹,并能够根据人臂的臂型角调整构形.

    远程操作任务空间映射臂型角卡尔曼滤波

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    空间机器人在轨操作用多指灵巧末端研究

    赵志军张文明胡成威张晓东...
    746-752页
    查看更多>>摘要：空间机器人在轨操作涉及抓握、旋拧、插拔、移动、对接等精细动作,这对末端灵巧操控性能提出极高要求,如自由灵活、多状态感知、轻便可靠等.基于仿形思想,开展了五指灵巧末端研究,采用腱驱动连杆耦合方式,拇指、食指、中指各有 3 个自由度,无名指、小指、腕部各有 2个自由度,手指内部集成六维力/力矩、腱拉力、指节位置等传感器,驱动机构后置于手臂位置;此外,开展了三指灵巧末端研究,3 个手指结构相同且各有 1 个自由度,其中 2 个手指可根据目标形状调整相对位姿;采用力/位混合等控制策略对末端的抓取及操作能力进行了试验测试.试验结果表明:2 种末端可对多种形状及不规则物体进行可靠抓取及操作.

    在轨操作灵巧操作灵巧末端多指空间机器人

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    面向空间望远镜在轨组装的主镜接口设计

    赵亮亮姜伟赵云鹏王梓睿...
    753-762页
    查看更多>>摘要：针对大型空间望远镜在轨组装需求增加及其主镜接口设计的关键技术问题,采用一种基于圆柱凸轮机构的对接接口锁紧机构设计.通过对机构关键零件的设计与校核,进行了望远镜模块对接锁紧过程的容差分析,并利用ANSYS软件对机构的承载能力进行了分析及校核.对于圆柱凸轮锁紧机构从动件运动加速度过大,不适合直接用于望远镜模块锁紧机构的问题,采用统一函数法对圆柱凸轮锁紧机构的曲线槽进行了优化设计,确定了基于改进余弦等速运动规律的曲线槽设计方案,并验证了该方案的优越性.最后,通过7 自由度机械臂系统进行了望远镜主镜地面模拟组装实验,验证了所设计接口的对接锁紧和释放功能的有效性.

    空间望远镜接口设计锁紧机构在轨组装

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    基于空间站的在轨组装式空间望远镜关键技术验证载荷方案设计

    王锟李源许博谦白晓泉...
    763-770页
    查看更多>>摘要：针对十米量级在轨组装式空间望远镜研制涉及的关键技术成熟度较低且无法在地面试验阶段得到充分验证的问题,提出了一种基于空间站的在轨组装式空间望远镜关键技术验证载荷方案.首先,分析了十米量级在轨组装式空间望远镜关键技术验证的需求与外部约束条件,归纳出验证载荷的功能需求与技术特征;然后,提出了利用验证载荷对关键技术进行在轨验证的方案;最后,分析了利用该载荷验证十米量级在轨组装式空间望远镜所需关键技术的有效性.分析结果表明:该方案可提高十米量级在轨组装式空间望远镜关键技术的技术成熟度.

    在轨组装空间望远镜空间站平台在轨验证验证载荷

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    基于动锚点座绳驱并联机器人的空间机器人微重力模拟试验系统设计与控制

    袁晗安浩郑宗楷徐文福...
    771-783页
    查看更多>>摘要：针对地面微重力模拟验证或测试设备的需求,提出了新型的动锚点座绳驱动并联机器人概念设计,以及应用于轻量级、大负载、大跨度等场景的典型结构设计.介绍了典型的动锚点座结构设计,建立动锚点座绳驱并联机器人基于优化求解的运动学模型,并融入了一种避障约束,通过实验验证了动锚点座绳驱并联机器人运动学求解方法的有效性,同时验证了该机器人能够实现对空间障碍物的实时避障;为了实现地面微重力模拟,提出了动锚点座绳驱并联机器人的位置控制方法、阻抗控制方法以及零力控制方法.实验结果表明:动锚点座绳驱机器人具有良好的位置精度、平滑的零力拖动能力以及良好的阻抗控制能力.

    绳驱并联机器人动锚点座地面微重力试验机器人控制

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    基于甲虫搜索算法的空间机械臂轨迹规划技术研究

    王证普曹宝石刘阳李雪皑...
    784-790页
    查看更多>>摘要：针对中国空间站问天实验舱机械臂(EMM)的轨迹规划任务,提出了一种基于甲虫搜索(BAS)算法的轨迹规划技术,使机械臂关节轨迹满足多目标约束的同时,机械臂末端沿预定的任务轨迹运动.基于GJK算法将机械臂本体与周围障碍物的最小距离作为首要优化目标,保证机械臂与障碍物保持安全距离;根据笛卡尔空间中的目标轨迹,基于DH法建立的EMM运动学模型,将机械臂末端与目标轨迹的位置误差作为次级优化目标;为减少机械臂关节磨损,把第3、4、5 关节运动行程作为第三个优化目标.采用加权系数法将3 个优化目标组成轨迹规划算法的优化模型.实验结果表明:提出的轨迹规划算法具有较快的收敛速度,末端误差曲线变换平缓,精度明显高于粒子群算法的结果.验证了BAS规划出的轨迹能够使机械臂末端在跟踪目标轨迹的同时,机械本体可安全避开空间站舱外的障碍物.

    空间机械臂轨迹规划甲虫搜索算法避障高精度运动

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    空间机器人关节高转速下摩擦行为试验研究

    孙康王耀兵倪文成周轶丁...
    791-797页
    查看更多>>摘要：针对典型基于谐波减速器的空间机器人关节,研究其在高低温真空环境下高速正驱和反驱摩擦行为.关节采用XBS-60-120 双圆弧齿形谐波减速器,柔性轴承及齿面采用DLC+LW-YZ-5 空间润滑脂,试验温度覆盖-40℃至+120℃,电机端转速提高至2520 r/min.试验结果表明:正驱模式下,关节内部摩擦阻力矩随温度的逐渐降低而显著增加,且输出端载荷越大,摩擦阻力越大,但效率提升也较为明显.输出端速度越高,摩擦力矩越大,效率呈下降趋势;反驱模式下,关节摩擦阻力同样随温度的降低而显著增加,且相同输出端载荷和转速情况下,反驱模式的传动效率显著低于正驱模式.

    谐波减速器高转速摩擦行为空间机器人

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    面向空间遥操作的成像与条纹投影相融合的三维测量方法

    胡慧然宋爱国魏林琥毛婧超...
    798-804页
    查看更多>>摘要：为解决单一视觉传感器在空间遥操作任务中的三维测量精度不高、完整性不足,以及成本和精度无法兼顾的问题,提出了一种结合条纹投影与RGB-D相机的三维测量方法.该方法通过将相位数据与深度数据相结合,采用相位深度二阶差分的质量引导解包裹算法进行绝对相位提取,最终通过多项式拟合对相位差和深度数据进行融合.实验结果表明:在球面测量与阶梯型标准件测量中,该融合方法显著提高了测量数据的完整性和精度,相比单独使用RGB-D测量,测量精度提高了3%.同时,实验确认三次多项式拟合具有最优的测量结果融合效果.

    条纹投影RGB-D三维测量数据融合空间遥操作

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