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空间大型末端执行器柔性钢丝绳的建模与捕获动力学 被引量:12
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作者 刘伊威 +2 位作者 刘宏 介党阳 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第2期156-160,共5页
针对大容差软捕获这一空间捕获操作的重要准则,研制了基于钢丝绳的末端执行器大容差柔性捕获机构.针对钢丝绳具有较大柔性,在空间应用环境下难于快速连续建模控制的问题,提出了柔性钢丝绳的离散控制模型,解决了钢丝绳的建模问题.通过钢... 针对大容差软捕获这一空间捕获操作的重要准则,研制了基于钢丝绳的末端执行器大容差柔性捕获机构.针对钢丝绳具有较大柔性,在空间应用环境下难于快速连续建模控制的问题,提出了柔性钢丝绳的离散控制模型,解决了钢丝绳的建模问题.通过钢丝绳的离散模型,分析了末端执行器钢丝绳柔性机构捕获空间自由飞行载荷舱的动力学问题.实验证明钢丝绳模型建立正确,钢丝绳捕获动力学推导合理. 展开更多
关键词 钢丝绳 捕获 离散建模 捕获动力学
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大型空间末端执行器在轨操作运输舱策略 被引量:11
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作者 刘伊威 +1 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期109-115,共7页
针对空间运输舱具有较大的速度和惯量,在对运输舱的操作过程中存在着冲击和碰撞,严重的时候会影响系统的安全的问题,研制中国大型空间末端执行器,设计大容差柔性钢丝绳捕获机构和基于滚珠丝杠螺旋传动副的拖动机构,并且对其捕获传感器... 针对空间运输舱具有较大的速度和惯量,在对运输舱的操作过程中存在着冲击和碰撞,严重的时候会影响系统的安全的问题,研制中国大型空间末端执行器,设计大容差柔性钢丝绳捕获机构和基于滚珠丝杠螺旋传动副的拖动机构,并且对其捕获传感器系统进行设计。根据末端执行器机构特点和工作原理,提出基于Loop/Contact控制模型的捕获控制策略,有效地减小了操作对系统的冲击。建立空间微重力环境下末端执行器系统和运输舱系统的动力学模型,推导大型末端执行器在轨操作运输舱的动力学方程。计算机仿真试验证明,捕获过程中捕获力较传统方式降低50%,试验证明捕获力小于700 N,二者验证了末端执行器的实用性和控制策略的可行性,对提高大型空间末端执行器的工作稳定性具有重要意义。 展开更多
关键词 末端执行器 运输舱 捕获策略 Loop/Contact模型
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具有柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人 被引量:10
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作者 任立敏 殷国成 《液压与气动》 北大核心 2016年第8期18-23,共6页
针对火力发电厂110 MW冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的检测和维护问题,研制了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人,设计了柔性动力传输系统,实现了机器人的驱动源外置和动力的柔性长距离传输。建立了微型管道机器人在直线管... 针对火力发电厂110 MW冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的检测和维护问题,研制了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人,设计了柔性动力传输系统,实现了机器人的驱动源外置和动力的柔性长距离传输。建立了微型管道机器人在直线管道、弯曲管道的运动学分析和驱动力分析模型,为驱动力外置提供了控制依据。在管径为70 mm的复合管道的实验研究表明:该气压驱动微型管道机器人在柔性软轴的作用下,可以有效地获得来自外置动力源的驱动力,能够实现在具有任意曲率半径的微型管道内部行走。 展开更多
关键词 气压驱动 微型管道机器人 钢丝弹簧轴 柔性传动
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仿尺蠖式气压驱动管道清洁机器人的设计 被引量:9
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作者 任立敏 张海波 《液压与气动》 北大核心 2015年第3期19-21,共3页
设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模... 设计了一种用于管道清洁的气压驱动机器人,机器人由清洁作业单元、纵向驱动单元、横向支撑单元和气压系统四部分组成。清洁作业单元利用气压马达驱动合金刀头旋转,清洁管道内壁;纵向驱动单元由两套相同的驱动模块构成,两套相同的驱动模块通过万向虎克铰连接,带动整个机器人沿管道内壁运动;横向支撑单元通过滑轮与管道内壁接触,为清洁作业单元和纵向驱动单元提供支撑力;气压系统为整个机器人的工作提供动力源和控制信号。提出了机器人的仿尺蠖式运动方式,整套机器人机构简单、设计可靠,可以实现远距离、复杂工况的管道内壁的清洁工作。 展开更多
关键词 气压驱动 管道清洁机器人 气压马达 驱动单元 仿尺蠖式
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基于分布式控制系统的空间大型末端执行器抓捕策略 被引量:7
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作者 介党阳 倪风雷 +2 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期434-439,共6页
针对空间大型机械臂因其关节和臂杆柔性带来的抓捕前定位问题,为一种具有柔性捕获接口的新型末端执行器设计了分布式控制系统,并建立了以捕获环收缩速度为主要控制对象的抓捕策略,可实现稳定且高效的抓捕.其中,该控制系统由传感器单元... 针对空间大型机械臂因其关节和臂杆柔性带来的抓捕前定位问题,为一种具有柔性捕获接口的新型末端执行器设计了分布式控制系统,并建立了以捕获环收缩速度为主要控制对象的抓捕策略,可实现稳定且高效的抓捕.其中,该控制系统由传感器单元、上层控制单元和3个模块化的底层驱动单元组成.传感器单元和底层驱动单元集成在末端执行器内部,采集系统的位置、力/力矩、电流及温度等传感器数据并实现伺服电机的底层驱动;上层控制单元通过高速总线可同时向3个底层驱动单元发送控制指令及控制参数,协调末端执行器执行抓捕、拖动及锁定操作.实验表明,基于该分布式控制系统,所提出的抓捕策略有效地提高了大型机械臂抓捕操作的可靠性. 展开更多
关键词 抓捕策略 空间大型末端执行器 分布式控制系统 传感系统
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基于位姿分离法的ABB机器人IRB1200运动学分析 被引量:6
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作者 张海波 冯旭 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第3期41-44,共4页
以ABB公司的IRB1200机器人为对象,对其运动学和工作空间进行研究。首先,简化机器人的实体结构,得到其运动机构模型,对其进行正运动学分析;然后,采用位姿分离的方法推导其逆运动学解析表达式,并对逆解过程中涉及的奇异点做了严谨的分析;... 以ABB公司的IRB1200机器人为对象,对其运动学和工作空间进行研究。首先,简化机器人的实体结构,得到其运动机构模型,对其进行正运动学分析;然后,采用位姿分离的方法推导其逆运动学解析表达式,并对逆解过程中涉及的奇异点做了严谨的分析;最后,在Matlab中,对正逆运动学模型进行仿真运算,并采用蒙特卡洛法分析机器人的工作空间,绘制工作空间的点云图;位姿分离法完全避免了复杂的4阶齐次变换矩阵求逆运算,简单高效,有利于机器人的实时控制。 展开更多
关键词 机器人 运动学分析 位姿分离法 奇异点 工作空间
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空间网状捕获接口的等效抓捕控制 被引量:5
7
作者 介党阳 倪风雷 +2 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2011年第5期533-538,627,共7页
在空间大型机械臂在轨抓捕过程中,其关节柔性及长臀杆的变形会产生较大的末端跟踪及定位误差,因此很难实现成功抓捕.为此,本文研制了一种空间应用的网状捕获对接接口,提高了大臂末端执行器在大定位误差下的抓捕能力.同时,为了提高末端... 在空间大型机械臂在轨抓捕过程中,其关节柔性及长臀杆的变形会产生较大的末端跟踪及定位误差,因此很难实现成功抓捕.为此,本文研制了一种空间应用的网状捕获对接接口,提高了大臂末端执行器在大定位误差下的抓捕能力.同时,为了提高末端执行器与目标之间的非相对零速情况下的抓捕性能,利用等效抓捕的思想避开了抓捕过程中捕获接口对目标抓钩纠偏力建模复杂的问题,将问题简化为对目标抓钩端点在捕获面上投影的位置跟踪问题,实现了在末端执行器与目标具有一定的相对逃逸速度的情况下的成功抓捕.实验表明,利用本文提出的控制策略增大了网状捕获接口的抓捕容差范围,从而验证了本文提出的控制策略的何效性. 展开更多
关键词 空间捕获 网状捕获接口 抓捕控制 在轨抓捕
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Development of Chinese large-scale space end-effector 被引量:6
8
作者 刘宏 +3 位作者 刘伊威 介党阳 高凯 蔡鹤皋 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第3期600-609,共10页
In order to achieve large tolerance capture and high stiffness connection for space payload operations,a Chinese large-scale space end-effector (EER) was developed.Three flexible steel cables were adopted to capture t... In order to achieve large tolerance capture and high stiffness connection for space payload operations,a Chinese large-scale space end-effector (EER) was developed.Three flexible steel cables were adopted to capture the payload with large capture allowance.Ball screw transmission mechanism and plane shape-constraint four bar linkage mechanism were utilized to connect the payload with high stiffness.The experiments show that capture tolerances in X,Y,Z,Pitch,Yaw,Roll directions are 100 mm,100 mm,120 mm,10.5°,10.5°,12°,respectively.The maximum connection stiffness is 4 800 N·m.The end-effector could meet the requirements for space large tolerance capture and high stiffness connection in the future. 展开更多
关键词 large tolerance capture high stiffness connection END-EFFECTOR flexible steel cable ball screw four bar linkage
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多关节新型机械臂设计及其坐标反馈系统研究 被引量:4
9
作者 任立敏 杨忠良 《东北电力大学学报》 2018年第2期34-39,共6页
研制了一种多关节新型机械臂及其实时坐标反馈系统.机械臂由转动基关节、第一俯仰关节和第二俯仰关节三部分组成,转动基关节由轻型薄壁轴承支撑,采用步进电机驱动;第一俯仰关节采用步进电机直接驱动;第二俯仰关节采用步进电机经由同步... 研制了一种多关节新型机械臂及其实时坐标反馈系统.机械臂由转动基关节、第一俯仰关节和第二俯仰关节三部分组成,转动基关节由轻型薄壁轴承支撑,采用步进电机驱动;第一俯仰关节采用步进电机直接驱动;第二俯仰关节采用步进电机经由同步齿形带驱动.机械臂由MCS-51单片机通过专用驱动器控制,机械臂末端坐标能够通过控制系统在液晶屏上实时反馈.实验表明:该机械臂运动准确,电气控制系统稳定,坐标反馈系统能够实时反映机械臂末端的坐标变化,可以满足该机械臂在科学研究、教学演示等多场合的任务要求. 展开更多
关键词 机械臂 坐标反馈 步进电机 同步齿形带
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空间站用大型末端执行器研究进展综述 被引量:3
10
作者 任立敏 张海波 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第13期1838-1845,共8页
介绍了国内外空间站用大型末端执行器的研究和应用现状,着重对航天飞机机械臂末端执行器、加拿大SSRMS末端执行器、日本JEMRMS末端执行器以及欧洲航天局ERA末端执行器的工作原理、性能特点、适用范围和典型应用场合等关键技术进行了深... 介绍了国内外空间站用大型末端执行器的研究和应用现状,着重对航天飞机机械臂末端执行器、加拿大SSRMS末端执行器、日本JEMRMS末端执行器以及欧洲航天局ERA末端执行器的工作原理、性能特点、适用范围和典型应用场合等关键技术进行了深入的分析,并对比了上述末端执行器的性能。总结了空间站用大型末端执行器的共性技术特点,指出了空间站用大型末端执行器未来可能的发展趋势,为从事空间站用大型末端执行器研究工作的科研人员提供一定的借鉴和参考。 展开更多
关键词 空间站 大型末端执行器 航天飞机 机械臂
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高集成度空间大型末端执行器的研制 被引量:3
11
作者 介党阳 倪风雷 +2 位作者 刘宏 蔡鹤皋 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2012年第2期186-191,共6页
研制了一种高集成度且具有柔性捕获接口的空间大型末端执行器。该执行器由抓捕、拖动、锁定三个环节组成,集成了视觉、位置、力、温度及电流等多种传感器。基于机电一体化的设计思想,将三个环节的驱动控制系统集成在末端执行器内部。... 研制了一种高集成度且具有柔性捕获接口的空间大型末端执行器。该执行器由抓捕、拖动、锁定三个环节组成,集成了视觉、位置、力、温度及电流等多种传感器。基于机电一体化的设计思想,将三个环节的驱动控制系统集成在末端执行器内部。采用分布式控制策略,通过M-LVDS总线与中央控制器进行通信,实现了末端执行器控制参数的在线调整。而且,利用多传感器信息建立了局部自主的捕获策略,可实现对不同类型合作目标的抓捕。在搭建的地面微重力实验平台上进行的抓捕实验表明该末端执行器能在X、Y方向65mm偏差,Z方向100mm偏差情况下,实现对目标负载的成功捕获,具有较大容差范围下的捕获能力。 展开更多
关键词 末端执行器 空间捕获 柔性捕获接口 高集成度 捕获策略
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轻型液压平动搬运机械手研制 被引量:3
12
作者 任立敏 陈国君 《液压与气动》 北大核心 2013年第8期20-23,共4页
设计了轻型平动搬运机械手的手部、腕部以及伸缩臂的机械结构,并选用液压驱动控制方式控制机械手的旋转和抓放动作。在液压传动机构中,机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸,手腕回转采用回转油缸,立柱的转动采用齿轮齿条油缸,机械手的升降采... 设计了轻型平动搬运机械手的手部、腕部以及伸缩臂的机械结构,并选用液压驱动控制方式控制机械手的旋转和抓放动作。在液压传动机构中,机械手的手臂伸缩采用伸缩油缸,手腕回转采用回转油缸,立柱的转动采用齿轮齿条油缸,机械手的升降采用升降油缸,夹持器的夹持采用夹持油缸。同时,对机械手的力学性能进行了分析,结果表明本机械手可以实现空间抓放物体,动作灵活多样,结构紧凑,重量轻,效率高。 展开更多
关键词 轻型平动 搬运机械手 液压驱动 研制
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面向编队控制的机器人随机障碍群环境建模方法 被引量:2
13
作者 任立敏 张海波 《制造业自动化》 2015年第10期75-78,共4页
环境感知是多机器人编队控制研究中基础而又重要的问题,针对多移动机器人编队控制研究中涉及到的编队机器人的环境感知与建模问题,提出了一种基于2-D激光测距仪的随机障碍群环境建模方法。该方法将机器人携带的传感器获得的数据信息以... 环境感知是多机器人编队控制研究中基础而又重要的问题,针对多移动机器人编队控制研究中涉及到的编队机器人的环境感知与建模问题,提出了一种基于2-D激光测距仪的随机障碍群环境建模方法。该方法将机器人携带的传感器获得的数据信息以极坐标矢量图的形式存储,并将机器人工作空间内的环境建模为随机数量的障碍群,节省了环境信息的存储量,提高了机器人响应的实时性。 展开更多
关键词 编队控制 移动机器人 环境感知 随机障碍群
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空间大型末端执行器抓捕容差优化及其仿真 被引量:2
14
作者 任立敏 张海波 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期715-721,共7页
为了使空间大型末端执行器的抓捕操作性能得到最大程度的发挥,不同于传统的从机构设计角度得到末端执行器固定抓捕容差的方法,本文从优化设计学的角度出发,根据末端执行器的工作过程及其原理,将抓捕容差划分为捕获容差和拖动容差两部分... 为了使空间大型末端执行器的抓捕操作性能得到最大程度的发挥,不同于传统的从机构设计角度得到末端执行器固定抓捕容差的方法,本文从优化设计学的角度出发,根据末端执行器的工作过程及其原理,将抓捕容差划分为捕获容差和拖动容差两部分,通过分析影响大型末端执行器抓捕容差的结构因素,分别建立了末端执行器捕获容差和拖动容差的数学优化模型,并基于线性加权法和惩罚函数法获得了抓捕容差最优值(128.58mm,128.58 mm,100 mm,15.12,15.12,16.32)T,同时得到了末端执行器本体相对应的结构参数.最终,采用仿真研究方法进行了抓捕容差优化及抓捕性能实验研究.实验结果验证了理论分析的正确性,证明本文提出的末端执行器数学优化模型合理,优化算法正确. 展开更多
关键词 大型末端执行器 抓捕容差 优化设计 仿真研究
原文传递
基于磁致伸缩效应的无线无源压力传感器的研究
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作者 任立敏 张海波 《制造业自动化》 2015年第18期13-15,共3页
针对高速旋转机械、复杂机械的内部无法布置引线测量压力的问题,研制了一种基于磁致伸缩效应的无源、无源压力传感器。传感器采用磁致伸缩材料作为检测敏感元件,采用不锈钢和铝合金作为传感器保护基体,通过麦克斯韦电磁耦合原理在空间... 针对高速旋转机械、复杂机械的内部无法布置引线测量压力的问题,研制了一种基于磁致伸缩效应的无源、无源压力传感器。传感器采用磁致伸缩材料作为检测敏感元件,采用不锈钢和铝合金作为传感器保护基体,通过麦克斯韦电磁耦合原理在空间范围内进行信号的无线无源传输。实验表明该种传感器在无外界引线、无内部电源的情况下,能够实现信号的测量和传输,且传感器具有良好的输出、回滞和漂移特性。该传感器有效的解决了旋转、复杂机械设备的压力测量问题,且可以用于生物信号的植入性检测。 展开更多
关键词 压力检测 磁致伸缩效应 电磁耦合 无线无源传输
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