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多臂协作式小天体附着取样机器人机械系统

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 1-8页

作者：赵志军全齐全潘博危清清赵京东空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室(北京空间飞行器总体设计部) 北京100092 机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

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... 详细信息

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。

关键词：小天体附着取样主动缓冲多臂协作

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火星车转移坡道柔顺性优化设计及动力学分析

宇航学报 2019年第5期40卷 501-507页

作者：唐玲刘卫刘金生危清清北京邮电大学自动化学院北京100876 北京空间飞行器总体设计部北京100094 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

对一种抽展式火星车转移坡道开展柔顺性优化设计和动力学分析。首先,分析火星车与存在异面角的坡道的挤压几何原理。然后,设计坡道的间隙机构和限位机构,并计算出机构关键设计参数的最优值,以自适应调整两侧坡道的距离,减小火星车与坡... 详细信息

对一种抽展式火星车转移坡道开展柔顺性优化设计和动力学分析。首先,分析火星车与存在异面角的坡道的挤压几何原理。然后,设计坡道的间隙机构和限位机构,并计算出机构关键设计参数的最优值,以自适应调整两侧坡道的距离,减小火星车与坡道护栏之间的相互作用力。最后,对坡道下落过程和火星车在坡道上的行驶过程进行动力学仿真,验证坡道柔顺性优化设计的效果。结果表明:优化后的坡道柔顺性大幅提高,坡道可以自适应调整两侧的距离;使用优化后的坡道,可以有效降低火星车与坡道护栏的作用力,实现火星车在坡道上的安全行驶。

关键词：火星车坡道柔顺性优化设计动力学分析

空间机械臂关节精细动力学模型的建立及关节力矩控制

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宇航学报 2014年第6期35卷 663-668页

作者：刘志全危清清王耀兵中国空间技术研究院总体部北京100094

针对空间机械臂辅助对接任务中的复杂关节力矩控制问题,建立了含间隙、非线性刚度及啮合阻尼的多级行星齿轮传动复杂关节精细动力学模型,该模型不仅考虑了齿轮啮合刚度,而且考虑了齿轮轴的扭转刚度。提出了一种基于关节动态扭转变形的... 详细信息

针对空间机械臂辅助对接任务中的复杂关节力矩控制问题,建立了含间隙、非线性刚度及啮合阻尼的多级行星齿轮传动复杂关节精细动力学模型,该模型不仅考虑了齿轮啮合刚度,而且考虑了齿轮轴的扭转刚度。提出了一种基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法,并以此建立关节力矩控制系统,利用Runge-Kutta算法对关节精细动力学模型进行了数值计算。计算结果表明,此关节力矩控制方法约有1.7%的稳态误差,能满足关节力矩控制的需要;基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法有效地解决了提高关节力矩测量精度与保持传感器刚度之间的矛盾。

关键词：空间机械臂关节辅助对接关节动力学力矩控制

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一种基于指数积公式的空间机械臂自标定方法

北京航空航天大学学报 2018年第11期44卷 2336-2342页

作者：王业聪危清清胡成威丁希仑北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京重点实验室北京100094

为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积(POE)公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节... 详细信息

为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积(POE)公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节旋量理论值和实际值之间的伴随变换关系建立了空间机械臂实际运动学模型,对运动学模型取微分建立了线性化的运动学误差模型,给出了基于最小二乘法的运动学标定模型。进行了7自由度空间机械臂运动学自标定仿真,仿真结果表明运动学标定过程能快速收敛到稳定值,标定后空间机械臂末端位姿精度有明显提高。

关键词：空间机械臂标定指数积(POE) 伴随变换空间相机标定板

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祝融号火星车主动悬架式移动系统设计与验证

中国科学：技术科学 2022年第2期52卷 278-291页

作者：潘冬贾阳袁宝峰刘雅芳党兆龙林云成王瑞陈明危清清赵志军王储张昕蕊北京空间飞行器总体设计部北京100094

设计了世界上第一个和唯一一个地外天体成功在轨应用的主动悬架移动系统,成功应用于祝融号火星车,通过主动悬架系统火星车可实现蠕动式轮步行走、车体水平升降、抬轮行走等功能,解决了被动悬架式星球车移动系统在松软地形下脱陷能力差... 详细信息

设计了世界上第一个和唯一一个地外天体成功在轨应用的主动悬架移动系统,成功应用于祝融号火星车,通过主动悬架系统火星车可实现蠕动式轮步行走、车体水平升降、抬轮行走等功能,解决了被动悬架式星球车移动系统在松软地形下脱陷能力差、爬坡角度低和无故障车轮隔离能力、车体易托底等问题,验证结果表明:通过蠕动行走,可在16 min内迅速脱离6轮全部沉陷300 mm的极限情况;通过蠕动、多车辄爬坡策略,火星车松软地形爬坡能力由传统的20°提升到25°;将故障车轮抬起行走相比拖动行走功耗减小50%以上.

关键词：火星车移动系统主动悬架

空间机械臂关节零部件对关节总刚度的影响分析

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中国空间科学技术 2013年第5期33卷 76-81页

作者：危清清王耀兵刘志全中国空间技术研究院北京100094

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度... 详细信息

大型空间机械臂关节用大传动比多级行星齿轮传动的复杂性给刚度分析和减小质量都带来了困难,用传统的有限元法进行关节刚度分析还需解决复杂的建模问题。文章针对上述问题,采用集中参数法和刚度串联原理建立了复杂传动系统关节等效刚度的计算模型,分析了各级齿轮扭转刚度对关节总扭转刚度的影响,为空间机械臂大传动比关节的轻量化高刚度优化设计提供了技术途径。

关键词：空间机械臂关节传动系统刚度航天器

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火星车行驶环境研究综述

载人航天 2019年第2期25卷 256-264页

作者：赵静魏世民唐玲危清清北京邮电大学自动化学院机器人实验室北京100876 北京空间飞行器总体设计部北京100090

参考国内外火星环境的研究结果,总结了火星地形地貌基于陨石撞击以及火山喷发的特征以及形成原因;对火星车行驶性能影响较大的土壤、岩石等通过对比的方法进行力学特征及物理特性的分析;提出了模拟火星土壤、石块以及坡度等的重要参数... 详细信息

参考国内外火星环境的研究结果,总结了火星地形地貌基于陨石撞击以及火山喷发的特征以及形成原因;对火星车行驶性能影响较大的土壤、岩石等通过对比的方法进行力学特征及物理特性的分析;提出了模拟火星土壤、石块以及坡度等的重要参数以及模拟火星车行驶环境的可行性设计方案,可为我国火星车系统设计、火星探测器性能试验、火星环境模拟等提供技术依据与参考。

关键词：火星地形地貌火星车火星土壤力学特征火星环境模拟

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空间机械臂人机操作仿真系统设计与实现

人类工效学 2022年第5期28卷 72-76页

作者：唐自新朱超王友渔危清清李德伦梁常春空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094

目的为了在地面实现对空间机械臂的在轨模拟操作、遥测驱动、天地同步等空间站功能训练,基于人机系统探讨空间机械臂人机操作仿真系统设计。方法基于模块化思想建立仿真功能模型,将各仿真模型集成一体化构建全方位全过程仿真系统。结果... 详细信息

目的为了在地面实现对空间机械臂的在轨模拟操作、遥测驱动、天地同步等空间站功能训练,基于人机系统探讨空间机械臂人机操作仿真系统设计。方法基于模块化思想建立仿真功能模型,将各仿真模型集成一体化构建全方位全过程仿真系统。结果(1)建立了一套集多体动力学、中央控制器、关节控制器、三维场景及空间环境模拟、供配电系统、遥测遥控体系、相机成像等仿真模型一体化的空间机械臂操作仿真系统;(2)创建自主查表配置模型方法,实现空间机械臂的在轨操作、任务规划、控制算法等自主配置,完成机械臂任务的无间断仿真验证;(3)仿真系统与真实机械臂操作流程一致,响应与理论结果基本一致;(4)人机界面具有友好性。结论空间机械臂人机操作仿真系统提高了航天员在轨操作模拟流程的全面性和真实性,可有效的支持航天员在轨操作与模拟训练,可以为后续空间站机械臂人机系统工作提供设计借鉴和工程指导。

关键词：航天工程空间站航天员人机交互空间机械臂人机系统操作仿真验证实验人机界面工业设计

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深空着陆探测足式机器人发展综述

中国机械工程 2021年第15期32卷 1765-1775页

作者：孙俊凯孙泽洲辛鹏飞刘宾危清清闫楚良吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025 北京空间飞行器总体设计部北京100094 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

介绍了世界主要航天大国关于深空着陆探测足式机器人的研究现状,对比分析了不同类型足式机器人的优缺点,从硬件与软件设计方面剖析了足式机器人在深空着陆探测任务中尚未工程化的主要问题。以此为基础,提炼出感知融合化技术、控制智能... 详细信息

介绍了世界主要航天大国关于深空着陆探测足式机器人的研究现状,对比分析了不同类型足式机器人的优缺点,从硬件与软件设计方面剖析了足式机器人在深空着陆探测任务中尚未工程化的主要问题。以此为基础,提炼出感知融合化技术、控制智能化技术、形态可重构技术、多机协同化技术等深空着陆探测足式机器人发展的关键技术,为中国研制深空着陆探测领域可工程应用的足式机器人提供参考。

关键词：深空着陆探测足式机器人关键技术工程应用