空间站机械臂捕获悬停飞行器试验系统设计与验证 被引量：1

1

作者 陈明 曾磊 +3 位作者 孙康 高升 梁常春 刘延芳 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第6期751-757,共7页

捕获悬停飞行器是中国空间站机械臂的关键任务之一,由空间站机械臂实现悬停飞行器的捕获、拖动和锁紧,形成刚性连接并辅助对接。在分析和比较国内外空间悬停飞行器捕获试验技术的基础上,设计了一种用于大型空间机械臂捕获悬停飞行器的... 捕获悬停飞行器是中国空间站机械臂的关键任务之一,由空间站机械臂实现悬停飞行器的捕获、拖动和锁紧,形成刚性连接并辅助对接。在分析和比较国内外空间悬停飞行器捕获试验技术的基础上,设计了一种用于大型空间机械臂捕获悬停飞行器的地面试验系统,该系统主要由空间机械臂、气浮零重力模拟系统、机械臂位姿测量系统、悬停飞行器模拟移动装置、模拟移动装置测量系统组成。仿真分析和地面试验,结果表明:该试验系统可实现对低速到高速的动态模拟目标的跟踪捕获,满足空间机械臂捕获悬停飞行器试验任务需求,完成了机械臂捕获悬停飞行器技术在近似真实使用环境中的验证。 展开更多

关键词 空间站机械臂 捕获 悬停飞行器 试验系统设计 试验验证

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空间机械臂可见光测量相机参数标定技术研究 被引量：5

2

作者 谭启蒙 贾馨 +2 位作者 陈磊 张运 蔡铮 《航天返回与遥感》 CSCD 2018年第5期113-122,共10页

空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度... 空间机械臂可见光测量相机参数标定是制约空间合作目标三维位姿测量精度的关键技术和重要前提,它直观表征了视觉标记三维坐标与对应的二维图像坐标之间正确的映射函数。针对现有相机内外参标定方法操作步骤繁琐、积累误差大、标定精度低等工程问题,文章提出一种空间机械臂可见光测量相机内外参标定方法,引入高精度二维棋盘格标定靶与基准镜共同作为转换中介,且在相机有效观测视场内随意移动标定靶,分布式解算相机内参和外参。试验表明,相机内参离散度均不超过±0.3像元,角点重投影误差均不超过±0.5像元;外参六自由度分量标准差均不超过(0.6mm,0.05°)。上述标定方法具有较强的可操作性,极大简化了坐标转换计算复杂性,有效降低了标定过程中产生的积累误差,为机械臂实施视觉闭环自主捕获合作目标提供了可靠依据。 展开更多

关键词 可见光测量相机 内外参标定 平面标定靶 基准镜 空间机械臂

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多臂协作式小天体附着取样机器人机械系统 被引量：3

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作者 赵志军 全齐全 +2 位作者 潘博 危清清 赵京东 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期1-8,共8页

为解决探测器在弱引力、特性未知小天体表面的附着取样难题,提出一种融合着陆缓冲、附着固定、取样、放样等核心功能为一体的附着取样一体化机器人设计方案。基于腿臂复用,提出多臂协作主动自适应式着陆缓冲方案;利用超声波钻钻压力小... 为解决探测器在弱引力、特性未知小天体表面的附着取样难题,提出一种融合着陆缓冲、附着固定、取样、放样等核心功能为一体的附着取样一体化机器人设计方案。基于腿臂复用,提出多臂协作主动自适应式着陆缓冲方案;利用超声波钻钻压力小、硬质岩石表面钻进效率高的特点,提出针对岩石类小天体的超声波钻式附着固定方案;针对星表特性不确定,取样适应性要求高的需求,提出砂轮磨削、毛刷清扫的双模式取样方案。采用仿真方法对着陆缓冲性能、取样性能等进行分析;在原理样机研制基础上,开展附着取样全流程实验。结果表明,附着取样机器人可实现着陆缓冲、附着固定、取样、放样等功能,验证了该系统的核心功能。本研究旨在探索小天体附着取样方法,为小天体取样返回任务提供技术支持。 展开更多

关键词 小天体 附着 取样 主动缓冲 多臂协作

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机器人航天员双臂操作仿真系统的研究与实现 被引量：2

4

作者 熊明华 张晓东 +1 位作者 肖涛 王耀兵 《载人航天》 CSCD 2017年第2期150-155,共6页

针对机器人航天员复杂操作场景下的任务规划和仿真验证问题,基于仿真模块集成化的设计思想,集成通信模块、任务调度管理模块、路径规划模块、力控制模块、碰撞检测模块、双臂3D几何模型,通过OSG建立了实体模型及仿真场景,并建立插拔、... 针对机器人航天员复杂操作场景下的任务规划和仿真验证问题,基于仿真模块集成化的设计思想,集成通信模块、任务调度管理模块、路径规划模块、力控制模块、碰撞检测模块、双臂3D几何模型,通过OSG建立了实体模型及仿真场景,并建立插拔、抓握、对准、旋拧、搬运、转移等典型操作库,实现了机器人航天员双臂多种复杂操作任务的仿真。最后,通过机器人航天员搬运物体任务仿真实现双臂协调操作任务规划的仿真,验证了该系统的有效性和任务规划验证的合理性。 展开更多

关键词 双臂机器人 路径规划 碰撞检测 一体化仿真

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空间站机械臂关节快速连接装置设计与验证 被引量：2

5

作者 张运 李德伦 +4 位作者 王康 朱超 赵志军 杨光辉 姚思雨 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第6期742-750,共9页

为满足空间站机械臂在轨维修需求,实现在轨故障单机快速从整臂中分离,设计了一种通用快速连接装置。该装置在满足空间站机械臂高刚度、大承载要求的前提下,具有空间环境下操作力矩小、操作简便、拆装迅速的特点。快速连接装置由快速连... 为满足空间站机械臂在轨维修需求,实现在轨故障单机快速从整臂中分离,设计了一种通用快速连接装置。该装置在满足空间站机械臂高刚度、大承载要求的前提下,具有空间环境下操作力矩小、操作简便、拆装迅速的特点。快速连接装置由快速连接母组件和快速连接公组件两部分组成,两组件通过膨胀螺栓膨胀施加预紧力实现锁紧,组件对接过程中通过楔形结构配合实现导向和定位。该快速连接装置通过刚度测试、真空高低温环境下膨胀螺栓插拔以及航天员地面人机工效等验证,结果表明该装置可满足空间站机械臂使用要求与在轨维修需求。 展开更多

关键词 空间站机械臂 快速连接 膨胀螺栓 人机工效

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空间站机械臂一体化关节设计与试验验证 被引量：1

6

作者 李德伦 朱超 +3 位作者 张运 刘鑫 王康 谢宗武 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第5期666-674,共9页

空间站核心舱配备的机械臂是空间站建造和健康运营的重要装备,它具有7个自由度,由7个关节、2个末端执行器等核心部件组成。关节是机械臂的关键设备,是机械臂执行舱段爬行、航天员EVA支持、舱段转位对接等重要任务的基础。针对机电热一... 空间站核心舱配备的机械臂是空间站建造和健康运营的重要装备,它具有7个自由度,由7个关节、2个末端执行器等核心部件组成。关节是机械臂的关键设备,是机械臂执行舱段爬行、航天员EVA支持、舱段转位对接等重要任务的基础。针对机电热一体化、大输出力矩、高可靠、可维修等需求,进行了关节的系统设计、传动设计、控制系统设计、温度控制设计、可靠性设计和维修性设计,并开展了真空环境试验和可靠性试验,关节设计满足要求,通过试验验证。 展开更多

关键词 空间站机械臂 一体化关节 设计 验证 高可靠 可维修

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空间机械臂柔性捕获机构建模与实验研究 被引量：9

7

作者 李海泉 梁建勋 +2 位作者 吴爽 刘茜 张文明 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1465-1474,I0006,共11页

柔性捕获机构是空间机械臂的关键性部件,对空间在轨服务过程中的抓捕操作起着至关重要的作用.捕获机构的原理分析与仿真建模工作对在轨捕获工况预测分析和任务规划有着重要的应用价值.本文以空间机械臂的末端柔性捕获机构为研究对象,建... 柔性捕获机构是空间机械臂的关键性部件,对空间在轨服务过程中的抓捕操作起着至关重要的作用.捕获机构的原理分析与仿真建模工作对在轨捕获工况预测分析和任务规划有着重要的应用价值.本文以空间机械臂的末端柔性捕获机构为研究对象,建立了柔性捕获机构软捕获过程的动力学仿真模型.考虑了软捕获过程中柔性绳索的空间构型和大变形特性,采用绝对节点坐标方法建立了三维空间柔性绳索单元,并通过引入一圆柱参考坐标系来建立柔性绳索与目标适配器端刚性捕获杆的接触碰撞模型.为满足三维运动工况验证,搭建了纯被动边界条件的悬吊实验,通过对比软捕获过程中被捕获目标的运动信息和受力信息,验证了模型的准确性.实验结果表明该模型能够有效地模拟在轨捕获任务中柔性机构软捕获阶段的动力学行为,可以用于后续与空间机械臂联合仿真任务预测以及作为地面气浮台二维试验的必要补充.此外,针对在轨任务中的舱外状态巡检和漂浮目标捕获两种典型工况,进行了机械臂捕获动力学联合仿真分析,在给定条件下成功完成软捕获阶段的操作. 展开更多

关键词 空间机械臂 在轨服务 捕获机构 接触碰撞 地面验证

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空间机械臂关节维修性设计与验证 被引量：1

8

作者 朱超 张运 +3 位作者 李德伦 高翔宇 高奔 展文豪 《载人航天》 CSCD 北大核心 2023年第1期22-28,共7页

空间机械臂维修性对机械臂可靠性和长寿命具有非常重要的意义。在研究国际空间站机械臂在轨维护维修任务和关节产品特点的基础上,结合中国空间站机械臂特点,设计了一种四方协同作业3次出舱的机械臂关节维修方案,通过搭建虚拟维修仿真平... 空间机械臂维修性对机械臂可靠性和长寿命具有非常重要的意义。在研究国际空间站机械臂在轨维护维修任务和关节产品特点的基础上,结合中国空间站机械臂特点,设计了一种四方协同作业3次出舱的机械臂关节维修方案,通过搭建虚拟维修仿真平台开展了维修仿真验证,完成了模拟维修场景下机械臂关节的维修试验,充分验证了机械臂关节维修的可操作性、可达性、可视性、安全性和流程合理性。 展开更多

关键词 多人协同 空间机械臂关节 维修性设计 试验验证 航天员

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月球采样机械臂系统设计及试验验证 被引量：27

9

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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空间机械臂地面无应力装配方法研究

10

作者 曾磊 陈明 +5 位作者 孙康 金俨 朱超 张昕蕊 刘宾 熊明华 《载人航天》 CSCD 北大核心 2022年第6期733-741,共9页

空间机械臂在轨工作处于失重状态,各活动关节之间不能因地面装配造成附加力/力矩。为了使地面试验状态与在轨工作状态一致,提出了一种地面无应力装配系统,利用气足悬浮+悬吊的方式实现了产品的柔性装配;在装配过程中通过监视工装上的力... 空间机械臂在轨工作处于失重状态,各活动关节之间不能因地面装配造成附加力/力矩。为了使地面试验状态与在轨工作状态一致,提出了一种地面无应力装配系统,利用气足悬浮+悬吊的方式实现了产品的柔性装配;在装配过程中通过监视工装上的力传感器受力,结合产品位姿精测结果,按照力控制为主、位置控制为辅的原则进行产品位姿调整,完成了空间机械臂无应力装配。空间机械臂地面试验和在轨验证表明了此无应力装配方法的有效性。 展开更多

关键词 空间机械臂 无应力装配 气浮 悬吊

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空间滚珠直线导轨阻力测试设备研制与试验研究

11

作者 李德伦 杨旭 +3 位作者 张英 张运 王兆阳 邵英奇 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期34-40,共7页

随着深空探测、在轨服务等空间技术的发展,直线传动机构在空间技术中的应用变得越来越广泛。滚珠直线导轨作为常用的直线传动机构,通常与滚珠丝杠等其他直线传动机构联合使用,用于承受直线传动过程中附加的力和力矩,从而达到简化滚珠丝... 随着深空探测、在轨服务等空间技术的发展,直线传动机构在空间技术中的应用变得越来越广泛。滚珠直线导轨作为常用的直线传动机构,通常与滚珠丝杠等其他直线传动机构联合使用,用于承受直线传动过程中附加的力和力矩,从而达到简化滚珠丝杠受力情况、提高滚珠丝杠的运行平稳性和寿命的目的。直线导轨的阻力是反映其运行状态、进行在轨故障判断的重要参数。本文设计了一套直线导轨阻力测试设备,进行了直线导轨运行阻力测试,根据运行阻力与方向无关的原则,设计了合理的数据补偿方式,排除了测试过程中重力因素的影响,找到了阻力和力矩载荷的关系,对于研究滚珠直线导轨在力矩载荷下的阻力性能具有一定的指导意义。 展开更多

关键词 空间 滚珠直线导轨 阻力测试 设备 直线传动

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铲挖式表层月壤采样器设计与试验 被引量：15

12

作者 姜水清 刘荣凯 +3 位作者 林云成 马如奇 刘宾 刘天喜 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期49-58,共10页

针对月球表层土壤的采样任务,设计了一种搭载于机械臂末端的采样器。基于离散元手段,利用Scott真实月壤微型三轴压缩试验数据,完成仿真散体颗粒特性参数匹配,开展了采样器铲取、挖取采样过程的仿真分析,获得作业过程采样器的动力学特性... 针对月球表层土壤的采样任务,设计了一种搭载于机械臂末端的采样器。基于离散元手段,利用Scott真实月壤微型三轴压缩试验数据,完成仿真散体颗粒特性参数匹配,开展了采样器铲取、挖取采样过程的仿真分析,获得作业过程采样器的动力学特性。此外,开发了采样器性能测试系统,针对不同模拟月壤对象进行了采样试验,测试获得了采样器采样能力随深度及月壤硬度的变化情况,得到采样器操作参数的可行区域。采样器能够实现铲取、挖取和封装容器转移多重任务,研究工作为中国未来的月面采样任务提供方案借鉴和技术支撑。 展开更多

关键词 月表土壤 采样器 参数匹配 离散元仿真 试验分析

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复合材料在航天器结构中的应用与展望 被引量：30

13

作者 石文静 高峰 柴洪友 《宇航材料工艺》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1-6,共6页

结合航天器结构的特点,阐述了我国航天器结构中复合材料的初步应用、快速发展、广泛应用和扩展应用过程。结合后续我国航天任务规划,展望了复合材料在航天器结构中的发展趋势。

关键词 复合材料 航天器结构 应用 展望

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行星采样柔性机械臂运动规划研究 被引量：3

14

作者 梁常春 孙鹏飞 +2 位作者 王耀兵 危清清 姜水清 《深空探测学报》 2015年第1期27-33,共7页

为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即... 为适应行星表面较大范围的采样要求及系统减重的需求,采样机械臂通常是细长形臂杆加多关节组成的连杆型关节机械臂,这使得抑制柔性振动成为机械臂控制系统的研究重点。针对采样机械臂的工作过程,提出带抛物线过渡的平滑轨迹规划方法,即在运动过程中使加速度连续,避免关节转动的力矩突变,并且最大限度降低峰值。首先建立基于D-H法的机械臂运动学方程,然后在考虑臂杆及关节柔性的动力学模型环境下,进行变加速—匀速—变减速的笛卡尔空间加速度连续平滑轨迹规划运动,达到减小柔性臂振动、提高定位精度的目的。仿真结果表明,在运动规划中引入抛物线过渡的加速度连续环节、降低加速度冲击可以明显改善运动平稳性,对提高动态跟踪精度有直接作用。 展开更多

关键词 行星采样 柔性臂 运动优化

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基于自适应无迹卡尔曼滤波算法的月壤参数估计

15

作者 王志福 王学晨 +2 位作者 王阳 梁常春 王瑞 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第10期106-110,248,共6页

在月球低重力环境下,载人月球车的行驶稳定性会受到月壤参数影响和发生参数无法直接获取的问题,对此提出一种月壤参数估计算法。建立月球车行驶过程中轮壤模型并进行简化,设计基于自适应无迹卡尔曼滤波的估计器,通过车轮力实现月壤参数... 在月球低重力环境下,载人月球车的行驶稳定性会受到月壤参数影响和发生参数无法直接获取的问题,对此提出一种月壤参数估计算法。建立月球车行驶过程中轮壤模型并进行简化,设计基于自适应无迹卡尔曼滤波的估计器,通过车轮力实现月壤参数在线估计。在Adams/Simulink中搭建月球车动力学模型及估计算法模型,并进行联合仿真。仿真结果表明,设计的估计器能够较为准确地估计月壤参数。 展开更多

关键词 载人月球车 自适应无迹卡尔曼滤波 月壤参数

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直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能 被引量：3

16

作者 姚乐云 刘冬 +4 位作者 李江 袁晰 王晓宇 张斗 熊慧文 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第4期497-501,共5页

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了PZT三维木堆结构支架,结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型P... 3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了PZT三维木堆结构支架,结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了PZT陶瓷支架与PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大,PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT支架与PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151.0 mV·m/N与104.0 mV·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。 展开更多

关键词 压电复合材料 直写成型 锆钛酸铅 3-3型 电性能

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Stewart六维力传感器寿命特性的诊断与优化 被引量：1

17

作者 李德伦 高波 +2 位作者 张运 谢宗武 张兵 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期873-880,共8页

为实现空间站在轨长寿命的应用要求,针对空间机械臂Stewart六维力(Stwart Six-Axis Force,SSAF)传感器使用寿命低的问题,开展了传感器寿命特性的诊断与分析优化。基于Stewart六维力传感器测量原理和名义应力疲劳寿命理论,推导出传感器... 为实现空间站在轨长寿命的应用要求,针对空间机械臂Stewart六维力(Stwart Six-Axis Force,SSAF)传感器使用寿命低的问题,开展了传感器寿命特性的诊断与分析优化。基于Stewart六维力传感器测量原理和名义应力疲劳寿命理论,推导出传感器寿命特性与结构参数的关系模型,通过分析力和力矩一阶寿命特性的影响系数矩阵,给出传感器寿命特性的评价指标及判定依据;利用多目标优化方法,建立了传感器寿命特性的目标优化函数,得到寿命最优的传感器结构参数。综合指标计算、仿真与试验结果表明:基于寿命特性提出的一种Stewart六维力传感器结构参数优化方法可实现结构应力均衡化,改善结构应力集中分布问题,降低疲劳应力损伤的影响,有效提升SSAF传感器的使用寿命。 展开更多

关键词 寿命 优化 六维力 机械臂 遗传算法

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