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月球采样机械臂系统设计及试验验证 被引量：27
1
作者 马如奇 姜水清 +2 位作者 刘宾 白美 林云成 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期1315-1322,共8页
在对月球采样返回任务需求及探测器系统任务剖面进行分析的基础上,设计并研制了一种轻量化、大负载、高精度、宽采样范围月球采样机械臂系统。该系统主要由4自由度机械臂及两种不同采样形式的末端采样器组成,可对不同指定区域浅层月壤... 在对月球采样返回任务需求及探测器系统任务剖面进行分析的基础上,设计并研制了一种轻量化、大负载、高精度、宽采样范围月球采样机械臂系统。该系统主要由4自由度机械臂及两种不同采样形式的末端采样器组成,可对不同指定区域浅层月壤进行铲、挖、浅钻等多形式采集。在综合考虑机械臂系统器上布局的基础上,基于运动学模型对采样机械臂的可达采样区域进行仿真分析,提出采样机械臂月面采样策略。基于等尺寸着陆器模拟平台,开展了针对3种不同密实度模拟月壤的采样试验,采样试验结果表明在可达采样空间内,采样机械臂对不同密实度月壤均具有较好的适应性,最大采样深度可达30 mm,最大单次采样量可达270 g,单次采样时间小于2 min。 展开更多
关键词 深空探测 月球采样 采样机械臂 模拟月壤
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煤炭采样机械臂的刚柔耦合动力学建模与仿真分析 被引量：12
2
作者 李荣丽 贺利乐 《机械设计》 CSCD 北大核心 2013年第8期33-36,共4页
基于多体动力学理论和拉格朗日方程,将煤炭采样机械臂中的大臂、小臂、伸缩臂考虑为柔性臂,结合Pro/E,ANSYS和ADAMS分别建立刚性和刚柔耦合模型,在相同驱动函数下对两种运动模型进行分析,仿真得出两种模型变化曲线,对比仿真结果表明,在... 基于多体动力学理论和拉格朗日方程,将煤炭采样机械臂中的大臂、小臂、伸缩臂考虑为柔性臂,结合Pro/E,ANSYS和ADAMS分别建立刚性和刚柔耦合模型,在相同驱动函数下对两种运动模型进行分析,仿真得出两种模型变化曲线,对比仿真结果表明,在研究臂架系统时,考虑各个臂杆柔性变形是非常必要的,刚柔耦合建模更符合工程实际,所得到的研究结果为采样臂动力学分析和结构优化奠定了理论基础。 展开更多
关键词 采样机械臂 刚柔耦合模型 动力学分析 仿真
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基于挖掘力模型的采样机械臂运动位姿节能控制研究 被引量：7
3
作者 姚兴岭 张亮 张淑坤 《中国工程机械学报》 北大核心 2021年第4期318-323,共6页
为了降低采样机械臂在挖掘土壤过程中能量损失,延长其工作时长,设计了可操纵性椭球模型和能量评价指标函数。通过仿真检验机械臂能量消耗,创建了采样机械臂运动位姿的可操作性椭球模型,给出了机械臂运动过程中的能量评价指标函数。对采... 为了降低采样机械臂在挖掘土壤过程中能量损失,延长其工作时长,设计了可操纵性椭球模型和能量评价指标函数。通过仿真检验机械臂能量消耗,创建了采样机械臂运动位姿的可操作性椭球模型,给出了机械臂运动过程中的能量评价指标函数。对采样机械臂挖斗进行受力分析,给出了挖斗不同表面的受力方程式,设计了采样机械臂主动控制方法。在机械臂不同运动位姿状态下,采用Matlab软件对采样机械臂能量消耗进行仿真。结果显示:在无可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较差,单位连杆长度受力较大,导致机械臂消耗的能量较多;在有可操纵性椭球模型条件下,采样机械臂运动位姿较优,单位连杆长度受力较小,导致机械臂消耗的能量较少。在同等条件下,随着采样机械臂挖斗的采样点不同,机械臂消耗的能量也不同。采样点越远,机械臂消耗的能量也越多,能够工作的时长也越短。采样机械臂挖斗采用可操纵性椭球模型,能够降低机械臂的能量损失,延长机械臂工作时长。 展开更多
关键词 可操纵性椭球 采样机械臂 能量评价指标函数 主动控制 仿真
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行星采样机械臂的轨迹规划研究 被引量：2
4
作者 张冰蔚 戚永康 +2 位作者 齐超 申阿强 张鹏 《现代电子技术》 北大核心 2020年第14期114-117,共4页
为行星采样机械臂做轨迹规划,先根据D⁃H法建立机械臂的运动学模型,对其进行了笛卡尔空间直线插补和圆弧插补两种轨迹的规划,并在Matlab中进行了运动仿真。然后基于MFC和OpenGL设计一种针对采样机械臂的运动仿真程序。最后结合一种运动... 为行星采样机械臂做轨迹规划,先根据D⁃H法建立机械臂的运动学模型,对其进行了笛卡尔空间直线插补和圆弧插补两种轨迹的规划,并在Matlab中进行了运动仿真。然后基于MFC和OpenGL设计一种针对采样机械臂的运动仿真程序。最后结合一种运动控制器进行直线插补和圆弧插补的轨迹规划的实验。实验结果表明,采样机械臂的实际运动轨迹与运动仿真程序中的轨迹一致,对其进行的正、逆运动学分析和轨迹规划是正确的,为行星采样机械臂的轨迹设计和分析提供了参考依据。 展开更多
关键词 采样机械臂 运动学模型 笛卡尔空间 轨迹规划 插补算法 MATLAB仿真
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轻量化行星采样机械臂虚拟样机系统 被引量：2
5
作者 孙小肖 张冰蔚 +1 位作者 刘家举 刘杰 《机电工程》 CAS 2014年第10期1301-1305,共5页
针对行星探测车采样机械臂开发效率低及成本高的问题,采用虚拟样机技术,对探测车采样机械臂的结构、功能、功耗及控制系统等方面进行了研究,提出了一种轻量化、低功耗、多功能四自由度采样机械臂的设计方案,确定了各关节的驱动方案,并... 针对行星探测车采样机械臂开发效率低及成本高的问题,采用虚拟样机技术,对探测车采样机械臂的结构、功能、功耗及控制系统等方面进行了研究,提出了一种轻量化、低功耗、多功能四自由度采样机械臂的设计方案,确定了各关节的驱动方案,并对驱动部件进行选型。基于SolidWorks软件,实现三维模型的建立,并利用ADAMS软件,建立采样机械臂动力学模型。应用D-H法建立采样机械臂关节坐标并确定连杆参数,求解正、逆运动学公式,采用三次多项式方法对关节空间进行轨迹规划。利用ADAMS和Matlab搭建虚拟样机联合仿真系统,进行联合仿真实验。仿真结果表明,该采样机械臂设计方案合理,达到轻量化、低功耗目的,控制系统稳定可靠,能够实现支起、收回、采样等功能。 展开更多
关键词 采样机械臂 多功能 轻量化 虚拟样机 联合仿真
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基于工作区域划分定位法的煤炭采样机械臂逆运动学分析 被引量：3
6
作者 李龙龙 贺利乐 +2 位作者 李姣姣 山涛 李赵兴 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2015年第9期1350-1354,共5页
为了实现对煤炭采样机械臂的精确控制,对采样机械臂的逆解结果进行了择优确定。通过运动学逆解求得逆解组,并采用工作区域划分定位法,在划分好的工作区域内定位出所属区域,根据所属区域内各连杆的运动范围,确定出在少移动大关节,多移动... 为了实现对煤炭采样机械臂的精确控制,对采样机械臂的逆解结果进行了择优确定。通过运动学逆解求得逆解组,并采用工作区域划分定位法,在划分好的工作区域内定位出所属区域,根据所属区域内各连杆的运动范围,确定出在少移动大关节,多移动小关节的择优原则下的运动学逆解的最优解,并通过随机选择采样机械臂的工况下的目标位姿,将目标位姿和逆解结果产生的位姿进行了对比,其误差完全符合工作需求,验证了该方法的正确性。得到了各关节运动量,实现了采样机械臂末端执行器的精确定位。 展开更多
关键词 煤炭采样机械臂 逆解择优 工作区域划分
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月面采样机械臂刚度建模与误差补偿 被引量：1
7
作者 张运动 刘传凯 +3 位作者 黄开启 苏建华 陈钢 张宽 《深空探测学报（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第2期169-177,共9页
针对在月面采样任务中,表取采样机械臂受臂杆和关节柔性影响,呈现出低刚度特性导致其控制精度降低的问题,提出了一种基于机械臂柔性变形估计的末端操作误差补偿方法,通过分析关节柔性、臂杆柔性和自重等因素对机械臂末端位姿的联合影响... 针对在月面采样任务中,表取采样机械臂受臂杆和关节柔性影响,呈现出低刚度特性导致其控制精度降低的问题,提出了一种基于机械臂柔性变形估计的末端操作误差补偿方法,通过分析关节柔性、臂杆柔性和自重等因素对机械臂末端位姿的联合影响关系,构建了多自由度机械臂的整体刚度模型,进一步通过有限元分析和真实变形对比等方法,对机械臂整体刚度模型的误差计算精度进行评估定界,给出了机械臂在不同构型条件下末端位置估计的误差边界。在此基础上设计了机械臂末端操作的一次性补偿控制方法,可将机械臂末端的最大控制偏差从35mm降低到1mm以内,极大提高了表取采样机械臂模拟系统的绝对定位精度。 展开更多
关键词 月面采样机械臂 末端刚度分析 误差补偿 有限元分析
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地外风化层采样机械臂自主避障控制方法 被引量：1
8
作者 赵子弈 朱利丰 宋爱国 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期133-142,共10页
由于地外天体风化层环境的不确定性,执行浅层钻取采样任务时易受到潜在障碍物的干扰,而对于采样时感知环境并进行机构姿态调整的研究相对较少。为提高采样成功率、改善作业时末端机构受力情况,提出了一种应用于地外风化层采样任务的机... 由于地外天体风化层环境的不确定性,执行浅层钻取采样任务时易受到潜在障碍物的干扰,而对于采样时感知环境并进行机构姿态调整的研究相对较少。为提高采样成功率、改善作业时末端机构受力情况,提出了一种应用于地外风化层采样任务的机械臂自主避障控制方法。设计了能够辅助旋转避障与平移探进的三自由度机械臂,并进行了运动学分析。通过搭载三维力传感器获取采样器受力信息,结合导纳控制与旋转避让进行障碍规避。为验证方法可行性,进行了多组仿真实验和实物实验。实验结果表明,所提出的方法能够有效帮助采样器避让障碍物体,显著减小了作业阻力,X、Y、Z三方向最大受力的改善分别达到46.7%、57.0%、64.9%,改善了常规柔顺方法应用于浅层钻取时易受干扰的不足。 展开更多
关键词 风化层采样 地外探索 采样机械臂 自主避障 导纳控制
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月面采样任务中的多视角联合视觉定位方法
9
作者 刘传凯 王艺 +5 位作者 张济韬 于天一 黄开启 张作宇 王晓雪 胡晓东 《宇航学报》 北大核心 2025年第4期796-807,共12页
在嫦娥六号月球背面采样任务中,机械臂连杆的柔性形变使得机械臂末端位置与预期存在误差,需要依靠末端相机引导才能实现精确操作。针对此问题,提出了无需预先标定靶标位置的多特征联合鲁棒视觉定位方法,利用相机、罐口以及靶标之间的相... 在嫦娥六号月球背面采样任务中,机械臂连杆的柔性形变使得机械臂末端位置与预期存在误差,需要依靠末端相机引导才能实现精确操作。针对此问题,提出了无需预先标定靶标位置的多特征联合鲁棒视觉定位方法,利用相机、罐口以及靶标之间的相对位姿关系,建立了基于成像逆投影的多视角联合平差测量模型,分析了靶标已知与未知情况下相机位姿误差对优化函数的影响;并利用Levenberg-Marquardt(L-M)算法进行优化迭代,实现了多视角下相机位姿以及靶标位置的联合求解。与传统方法相比,该方法不仅可以实现机械臂在采样过程中的精确引导,也可对靶标位置进行实时准确标定,提高了采样过程中视觉定位的灵活性和机械臂操作的视觉引导能力。实验结果表明,该方法可在靶标位置未知时实现精确的定位引导,引导精度优于2 mm,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 嫦娥六号探测器 月球背面采样 视觉定位 采样机械臂 多视角联合优化
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