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Singularity analysis and avoidance for an SSRMS-type reconfigurable space manipulator with a non-spherical wrist and two lockable passive telescopic links

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Chinese Journal of Aeronautics 2024年第8期37卷 435-459页

作者： Zhiyuan zhao Xiaohang YANG Yuntao LI Zichun XU jingdong zhao Hong LIU State Key Laboratory of Robotics and System Harbin Institute of TechnologyHarbin 150001China

This study focuses on addressing kinematic singularity analysis and avoidance issues for a space station remote manipulator system(SSRMS)-type reconfigurable space *** manipulator is equipped with a non-spherical wrist and two lockable passive telescopic links(LPTLs),which enable it to have both active revolute and passive prismatic joints and operate in two distinct *** begin with the kinematic singularity analysis,the study derives the differential kinematic equations for the manipulator and identifies the dominant Jacobian matrix that causes ***,an in-depth analysis of singularities from multiple perspectives is ***,a kinematic singularity map method is proposed to capture the distribution of singularities within the reachable ***,the influence of the two LPTLs on singularities is thoroughly ***,a new method based on the matrix rank equivalence principle is introduced to determine singularity conditions,enabling the identification of all the singular configurations for the SSRMS-type reconfigurable ***,this method significantly reduces computational complexity,and the singularity conditions obtained have more concise *** the singularity avoidance problem,a novel method is developed,which simultaneously addresses the requirements of real-time performance,high precision,and the avoidance of both kinematic singularities and joint limit *** from these excellent properties,the proposed method can effectively resolve the singularity issues encountered separately by the SSRMS-type reconfigurable manipulator in its two operational *** typical simulations validate the utility of all the proposed methods.

关键词： Reconfigurable space manipulator Redundant manipulator Kinematics Singularity analysis Singularity avoidance

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面向在轨建造的空间机器人末端执行器及适配接口设计与验证

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机械工程学报 2024年第3期60卷 1-10页

作者：赵亮亮刘子毅赵京东段启帆王梓睿刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出... 详细信息

针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出了设计指标。制定了末端执行器机械结构、电气系统的总体方案,并设计了三种适配接口;针对容差需求,分析了对接过程的容差条件和力学条件,优化了关键部件几何参数;针对锁紧需求,建立了锁紧过程运动学、力学模型,并采用组合运动规律,优化了圆柱凸轮曲线槽。通过仿真及试验,验证了容差、锁紧设计的正确性,并进行在轨装配、在轨攀爬的地面模拟试验,进一步验证了末端执行器及适配接口的性能,为大型空间设施的在轨建造奠定了基础。

关键词：在轨建造空间机器人末端执行器适配接口对接锁紧

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基于可操作度优化的冗余机械臂逆运动学求解方法

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机械工程学报 2024年第7期60卷 22-33页

作者：杨晓航赵智远李云涛徐梓淳赵京东哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

在运动规划和控制中提升机械臂的灵活性和避免奇异至关重要,一种有效的方法是使可操作度指标最大化。然而可操作度指标是关节角度的非凸函数,优化该指标是一个巨大的挑战,为此提出一种加速度级可操作度最大化(ALMM)方法。首先,通过一种... 详细信息

在运动规划和控制中提升机械臂的灵活性和避免奇异至关重要,一种有效的方法是使可操作度指标最大化。然而可操作度指标是关节角度的非凸函数,优化该指标是一个巨大的挑战,为此提出一种加速度级可操作度最大化(ALMM)方法。首先,通过一种新的多层次同时最小化方案将位置级别的非线性优化问题转化到速度级别和加速度级别,在加速度水平重构最大化可操作度问题。其次,引入最小化速度指标保证系统的稳定性,并使关节角速度维持在较低水平。然后,结合关节的物理极限,将上述问题表述为标准的二次规划(QP)形式进行求解。以SSRMS构型冗余空间机械臂为例进行仿真验证,实验结果表明ALMM方法可以在完成轨迹跟踪任务的同时实现可操作度优化,对比实验证明ALMM方法的有效性和优越性。

关键词：冗余机械臂逆运动学可操作度二次规划

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面向航天器自主维护的空间机器人发展战略研究

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中国工程科学 2024年第1期26卷 149-159页

作者：赵亮亮李雪皑赵京东刘宏哈尔滨工业大学机器人技术与系统全国重点实验室哈尔滨150006

空间机器人能够适应空间极端环境,突破人类太空探索的极限,极大地提高空间操控的安全性和经济性,是提升空间科学技术水平的核心装备,可为航天事业发展提供重要支撑和有力保障。本文详细阐述了发展航天器自主维护空间机器人技术对于推动... 详细信息

空间机器人能够适应空间极端环境,突破人类太空探索的极限,极大地提高空间操控的安全性和经济性,是提升空间科学技术水平的核心装备,可为航天事业发展提供重要支撑和有力保障。本文详细阐述了发展航天器自主维护空间机器人技术对于推动我国航天强国建设、促进国防科技发展以及引领变革性技术创新等方面的重大价值;从政策、技术、市场等角度,分析了国内外空间机器人的发展现状及趋势;剖析了目前我国航天器自主维护空间机器人的技术挑战与面临问题;基于国家重大战略需求、研究基础及发展方向,论证了面向航天器自主维护空间机器人的发展体系和突破路径。研究建议:加快科技创新2030—在轨服务重大专项实施,加大空间机器人智能操控基础研究支持力度,加速构建政府-企业-高校协同发展创新机制,加强空间机器人国际合作、引进国际高端人才。

关键词：空间机器人航天器自主维护智能操控太空作业太空经济

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老年慢性心力衰竭恶化的风险模型构建及NT-proBNP的预测价值探讨

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临床心血管病杂志 2024年第3期40卷 199-206页

作者：陈红赵敬东李兴升重庆医科大学附属第二医院老年医学科重庆400010 重庆医科大学

目的:构建并验证老年慢性心力衰竭恶化(WHF)的风险预测列线图,并探讨列线图与N末端B型利钠肽前体(NT-proBNP)联合预测WHF的价值。方法:回顾性纳入2018年1月—2022年6月在我院连续就诊的老年WHF患者(WHF组,572例),另纳入同期于我院门诊... 详细信息

目的:构建并验证老年慢性心力衰竭恶化(WHF)的风险预测列线图,并探讨列线图与N末端B型利钠肽前体(NT-proBNP)联合预测WHF的价值。方法:回顾性纳入2018年1月—2022年6月在我院连续就诊的老年WHF患者(WHF组,572例),另纳入同期于我院门诊规律随访的老年慢性心力衰竭稳定期患者561例(Non-WHF组)。比较WHF组与Non-WHF组临床指标的差异。运用LASSO回归联合多因素logistic回归模型构建老年WHF风险预测列线图。由内部验证集评估列线图的可行性,采用受试者工作特征曲线(ROC曲线)、校准曲线和决策曲线(DCA)评价列线图的区分度、校准度及临床实用性。最后通过对比ROC曲线下面积(AUC)、整体鉴别指数(IDI)及净重新分类指数(NRI)来评估列线图、NT-proBNP及其联合使用在老年WHF人群中的预测价值。结果:入院心率、合并心房颤动、左心室射血分数(LVEF)、红细胞分布宽度(RDW)、肌酐(Scr)、血清尿素氮/白蛋白比值(BAR)是WHF发生的独立危险因素(均P<0.05);根据以上6个变量绘制相应的可视化列线图,列线图在训练集和验证集中的AUC分别为0.830(95%CI:0.802~0.858)、0.834(95%CI:0.792~0.876)。DCA提示该列线图的校准度好,临床实用性强。经ROC曲线分析,列线图、NT-proBNP及其联合预测老年WHF的AUC值分别为0.830、0.890和0.924。相对于NT-proBNP,列线图和NT-proBNP联合预测的IDI、NRI分别为0.073、0.065。结论:包含6个预测变量(入院心率、合并心房颤动、LVEF、RDW、Scr和BAR)的列线图可用于预测老年慢性心力衰竭患者WHF发生风险。此列线图与NT-proBNP联合评估更有助于识别高风险的老年WHF人群,协助医务工作者制定临床决策。

关键词：老年慢性心力衰竭恶化 NT-proBNP 风险预测列线图

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新型SSRMS构型可重构空间机械臂的运动学奇异性分析

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机械工程学报 2024年第5期60卷 19-35页

作者：赵智远杨晓航徐梓淳李云涛汤家文赵京东哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所绵阳621999

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力... 详细信息

大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力,难以适应未来在轨任务复杂化发展的应用需求。为此,提出了一种新型的具有两个被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂,并对其运动学奇异性进行了深入分析。首先,通过介绍新型机械臂的结构特点及可重构原理,总结了此类机械臂的工作性能优点,证明了其具备在未来的复杂在轨任务中扮演重要角色的潜力。然后,建立了新型机械臂分别在自由空间操作和重构操作时的微分运动学方程,通过对微分逆运动学方程的分析确定出了包含运动学奇异条件的雅可比矩阵。接着,提出了一种简单可靠的运动学奇异性分析方法,在雅可比矩阵中求解得到了新型机械臂的全部运动学奇异条件。最后,以新型机械臂为例进行了实验验证,结果表明:奇异条件不仅能够正确的确定出新型机械臂的奇异位形,而且在机械臂执行操作任务时可作为先验条件指导机械臂的避奇异运动控制,为操作任务的可靠执行提供了有力保障。

关键词：空间机械臂可重构机械臂被动式伸缩臂杆微分运动学奇异性分析

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可穿戴柔性上肢外骨骼的研究进展与展望

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哈尔滨工业大学学报 2024年第8期56卷 1-16页

作者：戴一鸣陈嘉琛刘晨东杨大鹏赵京东机器人技术与系统全国重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍... 详细信息

为研究可穿戴柔性上肢外骨骼的发展现状和其面临的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结。外骨骼可以有效地提供保护、支撑等功能,解决高强度重复性工作导致的肢体疲劳和身体机能衰退,以及中风或职业病导致的肢体运动障碍。此外,它们有能力通过额外的动力和功能来恢复或增强人类的运动能力。可穿戴柔性外骨骼作为一种新兴的外骨骼发展方向,相较于传统的刚性外骨骼,具有结构柔顺、人机交互性好和穿戴舒适性好等明显优势。首先,本研究结合柔性上肢外骨骼的3种主要驱动方式(绳驱、气动、形状记忆合金),详细解析不同驱动方式的相关研究成果和相应结构特点。然后,从结构、材料、控制、辅助4个方面分析和阐述如今柔性上肢外骨骼面临的关键技术挑战。最后,结合外骨骼在不同领域应用的需求,推测未来柔性上肢外骨骼技术将向灵活化、舒适化、顺应化、智能化方向发展。研究表明,可穿戴柔性上肢外骨骼的技术尚处于初始阶段,仍有许多技术难题亟需解决,同时,新型的柔性执行器,柔性传感器等可为关键技术难题的突破提供参考。

关键词：可穿戴外骨骼柔性上肢外骨骼人机交互研究现状发展趋势

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计算机辅助技术在结肠镜检查质量中的应用进展

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胃肠病学和肝病学杂志 2024年第1期33卷 87-90页

作者：袁雪周旭春赵敬东王若楠重庆医科大学附属第一医院消化内科重庆400016 华中科技大学同济医学院梨园医院内分泌科

结肠镜检查对结直肠癌的预防具有重要意义。随着计算机技术的发展,特别是人工智能技术的进步,其在结肠镜检查中的应用越来越广泛。计算机辅助技术有助于结直肠肿瘤性病变的识别及诊断,可使肠镜检查质量得到改善。本文我们综述了计算机... 详细信息

结肠镜检查对结直肠癌的预防具有重要意义。随着计算机技术的发展,特别是人工智能技术的进步,其在结肠镜检查中的应用越来越广泛。计算机辅助技术有助于结直肠肿瘤性病变的识别及诊断,可使肠镜检查质量得到改善。本文我们综述了计算机辅助技术在结肠镜检查质量中的应用进展。

关键词：结肠镜检查计算机辅助技术人工智能结肠镜检查质量

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青藏高原腹地各拉丹冬峰东坡现代冰川地形^(10)Be暴露测年的初步研究

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冰川冻土 2024年第4期46卷 1128-1134页

作者：陈净玲赵井东邱锦坤季卉晗郭万钦刘瑞连何晓波中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 唐古拉山冰冻圈与环境西藏自治区野外科学观测研究站甘肃兰州730000

青藏高原及周边山地现代冰川外围新鲜无风化的冰川地形多为小冰期结束后冰川退缩所成,这些地形包含有近几十年至上百年的气候环境变化信息,对它们进行研究有望揭示101年时间尺度上的冰川波动并探讨其驱动机制。本文尝试应用原生宇宙成... 详细信息

青藏高原及周边山地现代冰川外围新鲜无风化的冰川地形多为小冰期结束后冰川退缩所成,这些地形包含有近几十年至上百年的气候环境变化信息,对它们进行研究有望揭示101年时间尺度上的冰川波动并探讨其驱动机制。本文尝试应用原生宇宙成因核素10Be暴露测年技术对青藏高原腹地,唐古拉山西段各拉丹冬峰地区的岗加曲巴冰川外围的现代冰川地形进行年代测定。测得1969年冰川退缩后出露的基岩磨光面的年龄为(11076±688)a(G19-01);1969年至小冰期冰碛垄间底碛中5个花岗岩漂砾(G19-02~06)的年龄分别为(125±15)a、(65±13)a、(86±13)a、(96±15)a、(104±15)a。测年结果显示冰川磨光面的年龄与地貌关系明显不符,推测是基岩表层侵蚀量不足,未能有效去除先前累积的核素所致;漂砾的测年结果与地貌关系基本相吻合。本研究表明,在^(10)Be产率较高的高原山地,若能采集到基本未受核素继承影响的漂砾,增加纯石英的使用量可测定近百年来所成的现代冰川地形的年龄。本文测得的^(10)Be年龄进一步表明该测年技术具有细化101年时间尺度上冰川波动的潜在应用前景和弥补青藏高原腹地气候环境变化器测记录和代用指标的不足,对高海拔地区年轻地貌体的年代测定研究也有一定的借鉴意义。

关键词： ^(10)Be暴露测年现代冰川地形唐古拉山青藏高原腹地

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Thinning and Shrinkage of Laohugou No. 12 Glacier in the Western Qilian Mountains, China, from 1957 to 2007

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Journal of Mountain Science 2012年第3期9卷 343-350页

作者： ZHANG Yingsong LIU Shiyin SHANGGUAN Donghui LI Jing zhao jingdong State Key Laboratory of Cryospheric Science Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research InstituteLanzhou 730000China

Landsat images, real-time kinematic GPS measurements, and topographic maps were used to determine changes in ice elevation, volume, and areal extent of the Laohugou No. 12 glacier (Qilian Mountains, China) between 1957 and 2007. The glacier experienced significant thinning and areal shrinkage in the ablation zone, but slight thickening in part of the accumulation zone. Elevation decreased by 18.6±5.4 m between 1957 and 2007 in the regions covered by the GPS measurements. The total volume loss for the entire glacier was estimated to be 0.218 km3 using a third-order polynomial fit method. The area diminished by 0.28 km2 between 1957 and 1994, 0.26 km2 between 1994 and 2000, and 0.28 km2 between 2000 and 2007, suggesting that the rate of loss in glacial coverage has increased since the mid-1990s. Significant increases in annual mean air temperature may have contributed to shrinkage and thinning of the glacier.

关键词：中国西部祁连山冰川收缩变薄 GPS测量年平均气温卫星图像

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