空间机器人在轨操作用多指灵巧末端研究

1

作者 赵志军 张文明 +2 位作者 胡成威 张晓东 王耀兵 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第6期746-752,共7页

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... 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。 展开更多

关键词 在轨操作 灵巧操作 灵巧末端 多指 空间机器人

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基于θ-D方法的在轨操作相对姿轨耦合控制 被引量：8

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作者 李鹏 岳晓奎 袁建平 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期8-14,共7页

针对诸如模块更换、燃料加注等在轨操作任务中的相对动力学与控制问题,建立了描述航天器间近距离相对运动的轨道姿态耦合动力学模型,结合轨道摄动和姿态干扰力矩分析了耦合项对模型的影响。考虑到基于状态相关系数形式模型的非线性和时... 针对诸如模块更换、燃料加注等在轨操作任务中的相对动力学与控制问题,建立了描述航天器间近距离相对运动的轨道姿态耦合动力学模型,结合轨道摄动和姿态干扰力矩分析了耦合项对模型的影响。考虑到基于状态相关系数形式模型的非线性和时变性,采用θ-D次优控制算法设计了相对姿轨耦合控制器。以在轨加注任务最终逼近段为背景,针对目标航天器失控旋转的情况进行了数值仿真,仿真结果表明了θ-D控制算法能够实现对相对轨道和姿态的同步控制,简化对控制器的求解并具有较高的控制精度。 展开更多

关键词 姿态控制 轨道控制 耦合 在轨操作 航天器

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分布式卫星系统在轨操作的多目标分配 被引量：6

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作者 黄勇 李小将 +1 位作者 张东来 周乃东 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1475-1482,共8页

针对空间在轨操作目标分配问题,以分布式卫星系统为研究对象,提出了一种基于粒子群算法的在轨操作多目标分配方法。以分布式卫星机动所消耗的总能量最省为目标函数,建立了在轨操作多目标分配的数学模型。基于固定时间拦截理论,以机动时... 针对空间在轨操作目标分配问题,以分布式卫星系统为研究对象,提出了一种基于粒子群算法的在轨操作多目标分配方法。以分布式卫星机动所消耗的总能量最省为目标函数,建立了在轨操作多目标分配的数学模型。基于固定时间拦截理论,以机动时刻和对应的速度增量作表征,设计实现了单颗卫星最优机动方案。通过合理设计粒子位置与目标分配解的对应关系,采用粒子群算法对问题进行了求解,并详细阐述了算法的实现步骤。算例分析结果表明,建立的模型和算法能够快速得到正确的可行解,可有效解决多约束条件下空间在轨操作的多目标分配问题。 展开更多

关键词 分布式卫星系统 在轨操作 目标分配 粒子群算法

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在轨细胞机器人动力学分析及操作构型性能评价方法

4

作者 梁嘉伟 姚金铭 +1 位作者 张慧博 张志贤 《海军航空大学学报》 2025年第1期121-132,共12页

日益复杂的在轨任务需求对航天器任务能力提出了更高的要求,细胞机器人具有“同样载荷,多种功能”的特点,能够通过变换自身构型完成在轨组装、抓捕等工作,已逐渐成为未来在轨航天器的研究新热点。面向在轨细胞机器人操作构型性能评价的... 日益复杂的在轨任务需求对航天器任务能力提出了更高的要求,细胞机器人具有“同样载荷,多种功能”的特点,能够通过变换自身构型完成在轨组装、抓捕等工作,已逐渐成为未来在轨航天器的研究新热点。面向在轨细胞机器人操作构型性能评价的需求,以细胞机器人在轨组装为背景,基于不同重构工况下的细胞机器人系统动力学参数,建立了组合体构型评价参数的映射关系,构建了关于细胞机器人驱动参数、组合体系统振动参数、组合体轨道参数、拓扑构型重构过程稳定性等设计变量的约束函数,提出了细胞机器人在轨重构构型评价方法。最后,进行了不同构型变化下的动力学仿真,并应用构型评价方法对其进行分析。结果表明,单自由细胞工况二为执行在轨组装任务的最优构型。文章所提评价方法综合考虑了细胞机器人在轨系统动力学参数,可为后续在轨细胞机器人的典型工况构型评价方法提供参考。 展开更多

关键词 细胞机器人 在轨操作 动力学分析 构型评价

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空间机器人在轨桁架组装操作基于自适应模糊CNF的阻抗控制

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作者 刘东博 陈力 《力学与实践》 2024年第4期711-721,共11页

空间桁架作为空间站一类重要基础设施,在空间站建设中起着不可替代的作用。考虑到组装好的空间桁架所占空间以及火箭的运载能力,一般采用将桁架部件发射入太空并在轨道完成组装。为实现空间桁架的组装、维护等太空任务,对空间机器人在... 空间桁架作为空间站一类重要基础设施,在空间站建设中起着不可替代的作用。考虑到组装好的空间桁架所占空间以及火箭的运载能力,一般采用将桁架部件发射入太空并在轨道完成组装。为实现空间桁架的组装、维护等太空任务,对空间机器人在轨插、拔孔操作的力/位姿阻抗控制进行了研究。建立了载体姿态受控形式的空间机器人系统动力学模型;通过桁架部件插头的运动学约束,建立了插头在基连坐标系下的运动学关系。基于阻抗控制原理,根据插头位姿与其输出力之间的动态关系建立了二阶线性阻抗模型,以实现在轨插、拔孔操作过程中输出力的精确控制。提出了一种自适应模糊组合非线性反馈(composite nonlinear feedback,CNF)控制策略,通过模糊控制器拟合系统不确定参数,作为CNF控制器的补偿输入,以降低不确定参数的影响,提高位姿的控制精度。通过Lyapunov原理证明了系统的稳定性;利用仿真分析,验证了控制策略的有效性。 展开更多

关键词 空间机器人 空间桁架 在轨插拔孔操作 阻抗控制 组合非线性反馈控制

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空间在轨服务物理仿真系统有效性研究 被引量：1

6

作者 郑永洁 张笃周 谌颖 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期432-438,共7页

研究典型在轨服务机器人气浮式物理仿真系统的有效性问题。针对在轨逼近和操作(抓取、移动和释放)这两种关键工作模式,从动力学原理和干扰下响应的一致性两个方面,系统分析了仿真数据的有效性。基于对误差模型的分析,研究仿真系统中干... 研究典型在轨服务机器人气浮式物理仿真系统的有效性问题。针对在轨逼近和操作(抓取、移动和释放)这两种关键工作模式,从动力学原理和干扰下响应的一致性两个方面,系统分析了仿真数据的有效性。基于对误差模型的分析,研究仿真系统中干扰因素对仿真数据有效性的影响,给出物理仿真系统的可应用条件。将该结果应用到具体物理仿真系统中,可以对物理仿真试验起指导作用。 展开更多

关键词 物理仿真 在轨逼近 在轨操作 有效性

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空间机械臂面向太阳能帆板在轨清洁任务的擦抹力/位阻抗控制 被引量：4

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作者 朱安 陈力 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2624-2635,共12页

卫星在载体位姿调整过程中燃烧的烟雾容易附着在太阳能帆板上,若未对帆板定期清洁将导致其供电能力下降,为此对空间机械臂执行太阳能帆板清洁任务进行了研究.首先通过Lagrange方程法建立了空间机械臂系统动力学方程,然后为了控制机械臂... 卫星在载体位姿调整过程中燃烧的烟雾容易附着在太阳能帆板上,若未对帆板定期清洁将导致其供电能力下降,为此对空间机械臂执行太阳能帆板清洁任务进行了研究.首先通过Lagrange方程法建立了空间机械臂系统动力学方程,然后为了控制机械臂末端清洁装置的位姿,基于运动学关系将动力学模型转换到惯性空间.结合阻抗控制原理,根据清洁装置位姿与其输出力之间的动态关系建立了机械臂的阻抗模型,保证了清洁操作过程中输出力的稳定和精确控制.为了防止清洁操作的各阶段切换时因系统状态突变导致输出力突变,造成太阳能帆板的破坏,基于障碍Lyapunov函数提出一种全状态约束控制策略,其利用RBF神经网络对不确定系统进行拟合,且结合虚拟控制力原理对设计的期望轨迹进行修正,使得太阳能帆板的柔性振动能被抑制,实现了对卫星与清洁装置位姿的高精度控制.最后通过Lyapunov定理证明了系统状态的收敛性,利用仿真分析验证了所提控制策略的有效性;结果表明清洁装置的输出力控制精度优于0.5 N,卫星与清洁装置的位姿控制精度优于0.1°和10-3m. 展开更多

关键词 空间机械臂 阻抗控制 全状态约束 RBF神经网络 在轨清洁操作

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机器人航天员的发展综述及展望

8

作者 徐坤 韩萌 +4 位作者 赵志军 庄星瀚 陈佳伟 王耀兵 丁希仑 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第6期854-868,共15页

随着中国空间站的全面建成,使用机器人航天员辅助或替代人类航天员已成为备受关注的研究热点。综述了世界主要航天强国在过去二十多年中机器人航天员在空间站舱内服务领域的发展现状、趋势、关键技术与挑战,并展望了未来的研究方向。介... 随着中国空间站的全面建成,使用机器人航天员辅助或替代人类航天员已成为备受关注的研究热点。综述了世界主要航天强国在过去二十多年中机器人航天员在空间站舱内服务领域的发展现状、趋势、关键技术与挑战,并展望了未来的研究方向。介绍了国内外在机器人航天员方向的研究进展;分析了该领域发展所面临的4个关键技术挑战:环境感知、自主决策、运动规划和灵巧操作;最后,展望了未来的研究方向,包括先进感知技术、自主决策技术、人机交互技术以及多传感器融合的操作技术。研究内容有望为机器人航天员在空间站舱内执行任务提供更智能、更高效的支持。 展开更多

关键词 机器人航天员 在轨舱内操作 环境感知 自主决策 灵巧操作

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基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划 被引量：10

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作者 陈钢 张龙 +1 位作者 贾庆轩 孙汉旭 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1063-1071,共9页

针对空间机械臂执行封闭在轨操作任务时,终止时刻机械臂关节角与基座位姿发生漂移的问题,提出一种基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划方法。结合在轨操作任务特点,分析了空间机械臂重复运动要求,将重复运动问题转化为关节构型、... 针对空间机械臂执行封闭在轨操作任务时,终止时刻机械臂关节角与基座位姿发生漂移的问题,提出一种基于主任务零空间的空间机械臂重复运动规划方法。结合在轨操作任务特点,分析了空间机械臂重复运动要求,将重复运动问题转化为关节构型、末端姿态与基座姿态复位优化问题并设计了空间机械臂重复运动优化算子;在此基础上,引入任务优先级概念,将重复运动优化算子引入主任务的零空间,保证主任务完成的同时机械臂重复运动得以优化;进而为增强重复运动优化能力,空间机械臂基座姿态保持算子也被引入。仿真结果表明,新算法能够减小关节角与基座位姿的漂移,实现空间机械臂重复运动规划,可以应用于实际的控制系统中。 展开更多

关键词 空间机械臂 在轨操作 任务优先级 重复运动规划

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空间飞行器智能自主控制技术现状与发展思考 被引量：21

10

作者 袁利 黄煌 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第4期7-18,共12页

提升空间飞行器的自主水平一直是航天领域的发展重点,新一代人工智能技术的巨大进步为其提供了新的机遇.本文对国内外空间飞行器智能自主控制技术的发展现状进行分析和总结,结合未来空间任务的发展需求,阐述空间飞行器智能自主控制的新... 提升空间飞行器的自主水平一直是航天领域的发展重点,新一代人工智能技术的巨大进步为其提供了新的机遇.本文对国内外空间飞行器智能自主控制技术的发展现状进行分析和总结,结合未来空间任务的发展需求,阐述空间飞行器智能自主控制的新特征,提出新的感知-决策-操控星上闭环结构,从智能自主角度剖析感知、决策、操控和健康管理的能力要素,并根据系统对地面的依赖程度和处理复杂任务的智能水平,提出空间智能自主控制的分级方法.针对发展空间智能自主控制技术所面临的挑战,从感知与认知、决策与规划、学习与操控、健康管理和系统体系架构五个方面给出发展建议. 展开更多

关键词 航天器 智能控制 自主控制 感知 决策 在轨操作 健康管理

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美国自由飞行太空机器人发展分析 被引量：2

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作者 贾平 李云 +1 位作者 刘笛 特日格乐 《空间电子技术》 2021年第2期79-84,共6页

近年,美国自由飞行太空机器人发展呈现出持续进步、领先其他国家初步实现工程应用的活跃发展态势。归纳总结了美国自由飞行太空机器人的主要发展现状、特点、发展方向和几点认识。主要结论包括:服务保障类率先实现工程应用,在轨制造与... 近年,美国自由飞行太空机器人发展呈现出持续进步、领先其他国家初步实现工程应用的活跃发展态势。归纳总结了美国自由飞行太空机器人的主要发展现状、特点、发展方向和几点认识。主要结论包括:服务保障类率先实现工程应用,在轨制造与装配类即将在轨验证,全球首套共识性无人在轨操作标准制定完成;未来将向多机器人自主协同作业、操控非合作目标、多种操作功能一体化等方向发展。在上述研究基础上,从美国太空机器人的平战两用潜能、制定无人在轨操作标准的动机、军民协同的发展模式等方面提出几点认识。反映了美国自由飞行太空机器人的最新进展,且具有全面系统性,对于了解其发展情况、影响、发展经验等具有一定借鉴意义。 展开更多

关键词 太空机器人 服务保障 在轨制造与装配 太空环境治理 无人在轨操作标准

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失效航天器非接触式消旋技术发展综述 被引量：3

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作者 赵弘骞 左宸昊 +3 位作者 岳晓奎 肖余之 陈欢龙 代洪华 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期1797-1809,共13页

对失效航天器非接触式消旋领域内的研究成果进行了综述,梳理了非接触式消旋的特点,并聚焦于系统动力学模型、消旋方法和关键技术等方面。首次将非接触式消旋方法按照其作用机理分为电磁式消旋和冲击式消旋两类,并分别总结了其技术特点... 对失效航天器非接触式消旋领域内的研究成果进行了综述,梳理了非接触式消旋的特点,并聚焦于系统动力学模型、消旋方法和关键技术等方面。首次将非接触式消旋方法按照其作用机理分为电磁式消旋和冲击式消旋两类,并分别总结了其技术特点和适用的任务场景。而后针对消旋任务的实践需求,系统阐释了非接触消旋中制导与控制、高性能星载计算等关键技术。最后,面向复杂空间任务和智能化消旋操控的需求,提出了非接触式消技术中4个值得研究的问题和方向。有望为未来失效航天器在轨维护和非接触式消旋技术的发展提供借鉴和参考。 展开更多

关键词 失效航天器 太空垃圾 在轨操作 动力学建模 非接触式消旋

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空间目标多星多角度实时近距离三维详查研究 被引量：2

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作者 许丹丹 张庆展 +1 位作者 张进 罗亚中 《上海航天》 CSCD 2018年第4期70-77,共8页

针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行... 针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行网格离散。分析了各网格被单颗观测卫星观测的情况,统计详查覆盖率、详查最短时间,分析不同绕飞距离对任务特性的影响;设计卫星观测光轴转动策略和多星编队协同观测策略,通过数值算例分析不同策略对卫星近距离观测任务的影响。结果表明:所设计的绕飞编队观测构型可满足实时、全覆盖观测空间目标的要求,可应用于绕飞监测、协同操作等近距离空间在轨操作任务。 展开更多

关键词 在轨操作 多星协同 近距离观测 绕飞详查 网格统计

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各国空间碎片政策一瞥 被引量：1

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作者 江山 《太空探索》 2021年第3期34-39,共6页

空间碎片是人类在航天活动中遗弃在太空的废弃物,也称"太空垃圾",主要包括废弃的航天器和运载火箭箭体、固体火箭燃烧物、航天器在轨操作及碰撞解体产生的碎片等。目前,毫米级以上的空间碎片数以亿计,总质量达到几千吨。厘米... 空间碎片是人类在航天活动中遗弃在太空的废弃物,也称"太空垃圾",主要包括废弃的航天器和运载火箭箭体、固体火箭燃烧物、航天器在轨操作及碰撞解体产生的碎片等。目前,毫米级以上的空间碎片数以亿计,总质量达到几千吨。厘米级以上的空间碎片可导致航天器彻底损坏,毫米级或微米级空间碎片的撞击累积效应将导致航天器性能下降或功能失效。此外,每年都有许多空间碎片返回大气层,也可能对地面人员和财产安全产生威胁。空间碎片问题已越来越引起世界各国航天界的高度关注,日益成为国际焦点和热点问题。 展开更多

关键词 空间碎片 航天活动 太空垃圾 在轨操作 固体火箭 厘米级 累积效应 功能失效

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