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地球静止轨道在轨服务技术研究现状与发展趋势 被引量:105
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作者 梁斌 徐文福 +1 位作者 李成 刘宇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期1-13,共13页
地球静止轨道(GEO)是人类仅有的一条独特卫星轨道,是极其珍贵的轨道资源。首先分析了GEO环境现状和未来趋势,然后从"GEO轨道保护"和"GEO卫星在轨维护"两方面论述了GEO在轨服务技术的内涵、服务机会和效益,介绍了世... 地球静止轨道(GEO)是人类仅有的一条独特卫星轨道,是极其珍贵的轨道资源。首先分析了GEO环境现状和未来趋势,然后从"GEO轨道保护"和"GEO卫星在轨维护"两方面论述了GEO在轨服务技术的内涵、服务机会和效益,介绍了世界各国GEO在轨服务技术的主要研究进展,归纳了其中的关键技术。最后,对未来的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 空间机器人 在轨服务 地球静止轨道 非合作目标
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空间机器人非合作航天器在轨服务研究进展 被引量:101
2
作者 梁斌 杜晓东 +1 位作者 李成 徐文福 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期242-256,共15页
随着空间机器人和交会对接等技术的不断成熟,在轨服务将成为各种航天器寿命延长、能力升级以及轨道垃圾清理的重要手段.目前在轨的航天器、太空碎片等都是非合作目标,即没有安装用于测量的合作标志器和便于抓捕的手柄等,对此类非合作航... 随着空间机器人和交会对接等技术的不断成熟,在轨服务将成为各种航天器寿命延长、能力升级以及轨道垃圾清理的重要手段.目前在轨的航天器、太空碎片等都是非合作目标,即没有安装用于测量的合作标志器和便于抓捕的手柄等,对此类非合作航天器的在轨服务己成为近年来研究的热点.本文首先分析了空间机器人非合作航天器在轨服务的任务特点,介绍了其应用前景;然后对主要航天大国的发展现状进行了综述,归纳了非合作在轨服务的关键技术;最后,对未来的发展趋势进行了展望. 展开更多
关键词 空间机器人 在轨服务 非合作目标 交会对接
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空间机器人微重力模拟实验系统研究综述 被引量:62
3
作者 徐文福 梁斌 +2 位作者 李成 刘宇 强文义 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2009年第1期88-96,共9页
介绍了微重力模拟实验系统的特点,归纳了研究中的关键问题.总结了主要实现方法,包括:基于自由落体运动、基于抛物线飞行、气浮式、水浮式、吊丝配重式实验系统,以及硬件在环内(hardware in loop)的混合地面实验系统.讨论、比较了各种实... 介绍了微重力模拟实验系统的特点,归纳了研究中的关键问题.总结了主要实现方法,包括:基于自由落体运动、基于抛物线飞行、气浮式、水浮式、吊丝配重式实验系统,以及硬件在环内(hardware in loop)的混合地面实验系统.讨论、比较了各种实验系统的应用背景及优缺点;在此基础上,提出了动力学模拟与运动学等效的两种思想,并建立了实验系统,以对路径规划、控制等关键算法进行评估和验证. 展开更多
关键词 空间机器人 微重力 重力补偿 实验系统 在轨服务
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基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算 被引量:43
4
作者 李保丰 孙汉旭 +1 位作者 贾庆轩 陈钢 《航天器工程》 2011年第4期79-85,共7页
工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间分析比地面机器人复杂得多。文章采用数值方法,即蒙特卡洛法分析空间机器人的工作空间。首先,采用虚拟机械臂(VM)建模方法建立空间机器人位... 工作空间是衡量机器人工作能力的一个重要运动学指标。由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间分析比地面机器人复杂得多。文章采用数值方法,即蒙特卡洛法分析空间机器人的工作空间。首先,采用虚拟机械臂(VM)建模方法建立空间机器人位置级运动学模型,并推导出了基座位姿固定、自由飞行、自由漂浮三种模式下的位置级运动学方程;然后,提出了采用蒙特卡洛法分析空间机器人工作空间的新方法,总结了此方法分析空间机器人工作空间的主要步骤;最后,以平面三自由度空间机器人为例,求解其在自由飞行模式下的工作空间,以空间三自由度空间机器人为例,求解其在自由漂浮模式下的工作空间。仿真试验结果表明:用文章提出的方法分析空间机器人工作空间准确迅速,解决了多自由度空间机器人工作空间难分析的问题。 展开更多
关键词 空间机器人 工作空间 蒙特卡洛法 虚拟机械臂 仿真
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空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制 被引量:33
5
作者 魏承 赵阳 田浩 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期632-637,共6页
提出了动态抓取域用于空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制。空间机器人捕获漂浮目标时,由于机械臂与基体的动力学耦合、抓取时的碰撞激振等非线性特性使得抓取控制变得复杂而重要。首先建立了空间机器人及漂浮目标的动力学模型,而后引入... 提出了动态抓取域用于空间机器人捕获漂浮目标的抓取控制。空间机器人捕获漂浮目标时,由于机械臂与基体的动力学耦合、抓取时的碰撞激振等非线性特性使得抓取控制变得复杂而重要。首先建立了空间机器人及漂浮目标的动力学模型,而后引入了末端装置抓取目标时的碰撞模型,并提出了"动态抓取域"用于机械臂抓取目标时的控制,同时应用关节主动阻尼控制,以减小抓取碰撞激振对空间机器人冲击的影响。结果表明:在相同抓取时间下,加速抓取明显优于匀速抓取,碰撞力振幅减小至匀速抓取时的20%,对空间机器人的激振冲击明显消除,仅在抓取结束前有小幅激振。这对空间机器人的抓取控制有着重要的理论价值及工程实际意义。 展开更多
关键词 空间机器人 捕获目标 动态抓取域 抓取控制 主动阻尼控制 动力学模型
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自由漂浮的空间机器人系统的动力学奇异特性分析及其运动规划 被引量:32
6
作者 丁希仑 战强 解玉文 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期474-477,共4页
首先建立了受非完整约束的自由漂浮空间机器人系统的运动学模型 ,继而深入分析了系统的动力学奇异性 ,然后 ,重点探讨了基于 Lyapunov函数的空间机器人避奇异运动规划方法 。
关键词 空间机器人 非完整约束 动力学奇异性 运动规划 LYAPUNOV函数
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柔性空间机器人振动抑制轨迹规划算法 被引量:25
7
作者 吴立成 孙富春 +1 位作者 孙增圻 吴昊 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期250-254,共5页
本文首次提出了一个描述柔性空间机器人振动的可直接计算的激振力指标 ,进而提出了柔性空间机器人抑振轨迹规划算法 .该算法采用均匀非周期四阶 B样条描述机器人的运动轨迹 ,B样条的控制点作为优化参数 ,使用改进的微粒群优化算法 ,以... 本文首次提出了一个描述柔性空间机器人振动的可直接计算的激振力指标 ,进而提出了柔性空间机器人抑振轨迹规划算法 .该算法采用均匀非周期四阶 B样条描述机器人的运动轨迹 ,B样条的控制点作为优化参数 ,使用改进的微粒群优化算法 ,以激振力为性能指标对轨迹进行优化求解 .该方法根据激振力指标而不是待定轨迹的控制结果来判定轨迹的抑振性能 ,极大地简化了规划过程 .对柔性双臂空间该机器人的抑振轨迹规划仿真 ,表明优化轨迹取得了良好的振动抑制效果 。 展开更多
关键词 柔性空间机器人 振动抑制 轨迹规划算法 运动轨迹 B样条 动力学方程
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空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法 被引量:31
8
作者 徐文福 梁斌 +1 位作者 李成 刘宇 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期61-69,共9页
提出了基于立体视觉的空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法,包括图像处理与特征提取、3D重构及位姿测量、自主规划与控制等.同时,还建立了一套仿真系统,可进行包括图像采集、位姿测量、追踪星GNC、空间机器人规划与控制、航天器... 提出了基于立体视觉的空间机器人捕获非合作目标的测量与规划方法,包括图像处理与特征提取、3D重构及位姿测量、自主规划与控制等.同时,还建立了一套仿真系统,可进行包括图像采集、位姿测量、追踪星GNC、空间机器人规划与控制、航天器动力学计算等在内的闭环仿真.仿真结果验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 空间机器人 非合作目标 自主捕获 位姿测量 路径规划
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空间高精度谐波减速器的应用及其发展趋势 被引量:29
9
作者 丰飞 王炜 +2 位作者 唐丽娜 陈风帆 白彦伟 《机械传动》 CSCD 北大核心 2014年第10期98-107,共10页
谐波减速器作为一种结构紧凑、质量轻、体积小而减速比大、传动效率高、传动精度高传动刚度高的高性能减速器,在工业机器人和航天领域得到了广泛的应用。通过对谐波减速器在太阳翼展开机构、天线指向机构、扫描机构、行星着陆器行进轮... 谐波减速器作为一种结构紧凑、质量轻、体积小而减速比大、传动效率高、传动精度高传动刚度高的高性能减速器,在工业机器人和航天领域得到了广泛的应用。通过对谐波减速器在太阳翼展开机构、天线指向机构、扫描机构、行星着陆器行进轮驱动机构、空间机器人驱动关节以及导弹舵机等空间机构的应用的研究,提出了空间高精度谐波减速器的关键技术和发展趋势,并对未来谐波减速器在空间机器人、精确定位指向机构以及太阳翼帆板展开机构中的应用进行了展望。此外,也从材料、加工工艺、热处理以及优化设计技术等多角度对谐波减速器的研制技术进行了分析和研究,并从空间环境出发,对空间谐波减速器的润滑方式、使用寿命,以及在真空、强辐射和大温差环境下的传动特性进行了分析,为空间谐波减速器的研发提供了借鉴。 展开更多
关键词 谐波减速器 空间指向机构 太阳翼展开机构 空间机器人 空间润滑
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空间机器人抓捕目标星碰撞前构型优化 被引量:28
10
作者 郭闻昊 王天舒 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期390-396,共7页
空间双臂机器人抓捕目标星会导致碰撞,针对碰撞引起机器人系统基座姿态变化的问题,提出一种基于粒子群算法的碰撞前构型优化方法。该方法首先给出了碰撞前和碰撞后的动力学模型,然后根据冲量—动量方程推导出碰撞阶段动力学方程,最后提... 空间双臂机器人抓捕目标星会导致碰撞,针对碰撞引起机器人系统基座姿态变化的问题,提出一种基于粒子群算法的碰撞前构型优化方法。该方法首先给出了碰撞前和碰撞后的动力学模型,然后根据冲量—动量方程推导出碰撞阶段动力学方程,最后提出基于粒子群算法的最优碰撞前构型规划数值方法,使碰撞对机器人系统角动量的影响尽量小。通过计算校验了该方法的有效性,找到了用于空间机器人抓捕目标星的较理想的碰撞前构型。 展开更多
关键词 空间机器人 构型优化 粒子群算法 碰撞/接触
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自由漂浮空间机器人的笛卡尔连续路径规划 被引量:24
11
作者 徐文福 刘宇 +2 位作者 强文义 梁斌 李成 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2008年第3期278-282,287,共6页
对于自由漂浮空间机器人,位置级逆运动学方程不适合于笛卡尔连续路径的规划,而且机械臂的运动会对基座产生扰动.为此提出了基于速度级逆运动学方程的方法,可实现5个目标:1)惯性空间连续位姿跟踪;2)基座姿态无扰动的连续位置跟踪;3)基座... 对于自由漂浮空间机器人,位置级逆运动学方程不适合于笛卡尔连续路径的规划,而且机械臂的运动会对基座产生扰动.为此提出了基于速度级逆运动学方程的方法,可实现5个目标:1)惯性空间连续位姿跟踪;2)基座姿态无扰动的连续位置跟踪;3)基座姿态无扰动的连续姿态跟踪;4)基座姿态调整的连续位置跟踪;5)基座姿态调整的连续姿态跟踪.采用阻尼最小方差法回避动力学奇异,所规划的路径连续平滑.仿真结果表明了该方法的有效性. 展开更多
关键词 空间机器人 连续路径规划 零反作用机动 动力学奇异
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大型空间结构在轨装配技术的发展 被引量:22
12
作者 郭继峰 王平 崔乃刚 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2006年第3期28-35,共8页
许多空间任务都要求大型空间结构,而这些结构无法用运载工具从地球上以独立单元发射,只能在太空中构建。讨论了3种大型空间结构的构建方法,叙述了大型空间结构在轨装配技术发展的两个阶段,即具有装配辅助的宇航员手动装配阶段和空间机... 许多空间任务都要求大型空间结构,而这些结构无法用运载工具从地球上以独立单元发射,只能在太空中构建。讨论了3种大型空间结构的构建方法,叙述了大型空间结构在轨装配技术发展的两个阶段,即具有装配辅助的宇航员手动装配阶段和空间机器人装配阶段,展望了未来采用高度自主空间机器人系统进行在轨装配的发展潜力。 展开更多
关键词 大型空间结构 在轨装配 空间机器人
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空间机器人大时延遥操作技术研究综述 被引量:23
13
作者 王永 谢圆 周建亮 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第2期299-306,共8页
空间机器人是完成多种空间作业任务的主体,能否在地空间存在大时延情况下实现有效的地面遥操作是发挥空间机器人作用的关键。从基于虚拟预测环境遥操作和双边遥操作两个方面,对国内外空间机器人大时延遥操作技术研究进行了系统的综述和... 空间机器人是完成多种空间作业任务的主体,能否在地空间存在大时延情况下实现有效的地面遥操作是发挥空间机器人作用的关键。从基于虚拟预测环境遥操作和双边遥操作两个方面,对国内外空间机器人大时延遥操作技术研究进行了系统的综述和深入的分析,并在此基础上提出了进一步的发展方向。 展开更多
关键词 空间机器人 遥操作 基于虚拟预测环境遥操作 双边遥操作
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空间3R机器人工作空间分析 被引量:20
14
作者 徐文福 李立涛 +2 位作者 梁斌 李成 强文义 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第5期1389-1394,共6页
由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间的分析比地面机器人复杂得多,以往的研究仅针对平面运动的情况,本文探讨了三维工作空间的分析方法。首先根据基座的不同控制策略,推导了基座位姿固定、自由飞行及自由漂浮三种模式的运动学方程,... 由于存在动力学耦合,空间机器人工作空间的分析比地面机器人复杂得多,以往的研究仅针对平面运动的情况,本文探讨了三维工作空间的分析方法。首先根据基座的不同控制策略,推导了基座位姿固定、自由飞行及自由漂浮三种模式的运动学方程,然后分析相应的工作空间。基座位姿固定时,采用几何分析法;基座自由飞行时,借助虚拟机械臂分析其受限工作空间;而对于自由漂浮模式,结合角动量守恒方程,提出了计算路径相关工作空间和路径无关工作空间的数值算法。文中以3R机器人为例进行实际计算,比较了各种工作空间的特点。最后讨论了动力学奇异回避方法,并提出减小其影响的建议。 展开更多
关键词 空间机器人 自由飘浮机器人 工作空间 动力学奇异 路径规划
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国外空间非合作目标抓捕系统研究现状与关键技术分析 被引量:24
15
作者 蔡洪亮 高永明 +1 位作者 邴启军 卢昱 《装备指挥技术学院学报》 2010年第6期71-77,共7页
空间非合作目标抓捕系统能够完成在轨服务、空间垃圾清除以及一些军事任务,具有重要的军民两用价值。从基本情况、结构组成、抓捕方式、抓捕过程等方面对国外研究情况展开了论述与比较,并对抓捕需要解决的关键技术进行了分析。
关键词 非合作目标 抓捕系统 空间机器人
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国内外空间机器人技术发展综述 被引量:22
16
作者 张文辉 叶晓平 +3 位作者 季晓明 吴夏来 朱银法 王超 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2013年第3期198-202,共5页
为了实现在2020年前建立我国长期有人居住的空间站这一战略目标,必须加快空间机器人的研究计划。分别从空间机器人的概念、用途等方面进行了论述,详细介绍了国内外空间机器人的研究现状,对于发展具有我国空间特色的机器人技术具有一定... 为了实现在2020年前建立我国长期有人居住的空间站这一战略目标,必须加快空间机器人的研究计划。分别从空间机器人的概念、用途等方面进行了论述,详细介绍了国内外空间机器人的研究现状,对于发展具有我国空间特色的机器人技术具有一定的借鉴意义。 展开更多
关键词 空间机器人 试验系统 空间机构
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空间机器人目标捕获过程中碰撞运动分析 被引量:22
17
作者 陈钢 贾庆轩 +1 位作者 孙汉旭 洪磊 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2010年第3期432-438,共7页
针对空间机器人目标捕获过程中的碰撞问题,提出了一种碰撞运动分析算法.基于空间机器人运动学和动力学模型,利用碰撞过程中产生冲量的原理建立了碰撞动力学模型.针对具体的碰撞模型,利用空间解析几何的方法进行了空间机器人与目标物之... 针对空间机器人目标捕获过程中的碰撞问题,提出了一种碰撞运动分析算法.基于空间机器人运动学和动力学模型,利用碰撞过程中产生冲量的原理建立了碰撞动力学模型.针对具体的碰撞模型,利用空间解析几何的方法进行了空间机器人与目标物之间的碰撞检测,设计了碰撞发生后机器人的运动分析算法.最后,通过仿真实验验证了该算法的正确性和适用性. 展开更多
关键词 空间机器人 碰撞 目标捕获 运动分析
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3D图形预测仿真及虚拟夹具的大时延遥操作技术 被引量:20
18
作者 蒋再男 刘宏 +1 位作者 谢宗武 赵京东 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期78-81,共4页
以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫... 以空间机器人在轨服务为背景,建立了卫星在轨自维护系统的地面遥操作平台.远端由安装在卫星本体上的一个四自由度机器人和灵巧手的臂/手系统组成,当卫星出现故障时,遥操作者通过空间鼠标和力反馈数据手套分别控制远端的臂/手系统排除卫星故障,实现卫星的自我维护.对于地面-太空之间通讯的大时延,利用3D图形预测仿真技术克服时延的影响,并采用虚拟夹具法提高遥操作系统的安全性和操作性能.在大时延及变时延(约7 s)的条件下,实现了武汉遥操作哈尔滨的自维护机器人臂/手系统,成功地完成了打开太阳能帆板的典型卫星在轨维护任务,验证了该方法的有效性,为今后实际空间机器人的地面遥操作提供了经验. 展开更多
关键词 空间机器人 遥操作 时延 预测仿真 虚拟夹具
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基于滑模变结构的空间机器人神经网络跟踪控制 被引量:22
19
作者 张文辉 齐乃明 尹洪亮 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1141-1144,共4页
研究了在无需模型估计值的情况下不确定空间机器人轨迹跟踪问题,提出了滑模变结构的神经网络控制方案.首先基于Lyapunov理论设计了一种径向基函数(RBF)神经网络控制器来补偿系统中的未知非线性,该神经控制器能够保证闭环系统的稳定性,... 研究了在无需模型估计值的情况下不确定空间机器人轨迹跟踪问题,提出了滑模变结构的神经网络控制方案.首先基于Lyapunov理论设计了一种径向基函数(RBF)神经网络控制器来补偿系统中的未知非线性,该神经控制器能够保证闭环系统的稳定性,而通过利用饱和函数把神经网络和滑模控制结合起来的控制器来不仅可以进一步削弱滑模控制输入的抖振,且当神经网络控制器无效时仍能保证系统鲁棒性.仿真结果证明了该控制器能在初期及强干扰情况下均能达到较好的控制效果. 展开更多
关键词 神经网络 空间机器人 滑模变结构 自适应 轨迹跟踪
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空间机器人在轨更换ORU的力/位混合控制方法 被引量:20
20
作者 徐文福 周瑞兴 孟得山 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第10期1353-1361,共9页
针对ORU在轨更换任务,首先推导了空间机械臂末端自由、末端与环境接触等情况下的动力学方程,并提出了相应的接触力计算方法;其次,改进了传统的R-C控制方法,采用加权选择矩阵代替原有的选择矩阵,实现了力控制与位置控制之间的平滑切换;最... 针对ORU在轨更换任务,首先推导了空间机械臂末端自由、末端与环境接触等情况下的动力学方程,并提出了相应的接触力计算方法;其次,改进了传统的R-C控制方法,采用加权选择矩阵代替原有的选择矩阵,实现了力控制与位置控制之间的平滑切换;最后,开发了基于Matlab/Simulink的闭环控制仿真系统,该系统由多体动力学、接触动力学、轨迹规划、力/位混合控制、3D显示等模块组成。利用该系统开展了ORU转移与安装过程的闭环控制仿真,仿真结果校验了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 空间机器人 位混合控制 ORU更换 接触动力学 选择矩阵
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