三手指空间手爪基于抓握力的模糊自适应控制

针对空间手爪在抓握目标物体的过程中,因接触碰撞而产生的扰动力可能会造成机械臂抖动和初始位姿改变,甚至将目标物体弹出捕获区,造成捕获失败的问题,提出了基于抓握力的模糊自适应控制策略,以削弱在抓握过程中因接触碰撞产生的扰动力,减小对机械臂造成的扰动。首先介绍了哈尔滨工业大学(HIT)自行研制的三手指空间手爪,对其抓握过程和接触碰撞进行了分析,提出一种柔顺控制策略,设计了基于抓握力的模糊自适应控制器。通过模糊控制器实时地调整控制参数,不仅可使系统稳定,而且具有良好的动态品质;控制器中的滑模控制还可以增强系统的鲁棒性。采用HIT在轨自维护机械臂在空间微重力运动平台上进行了抓握实验,实验结果表明设计的控制器和提出的抓握策略能够有效削弱抓握过程中的扰动力。     

蜗轮蜗杆副的空间操作器应用研究

随着机器人技术在空间领域的发展,需要有一种结构紧凑、简单可靠的机械机构用于机器人末端操作器的传动。蜗轮蜗杆副具有传动简便等优点,特别适于作为对夹式操作器的传动机构。针对蜗轮蜗杆副空间环境适应性研究尚不充分的问题,采用分析和试验相结合的方法对蜗轮蜗杆在机器人操作器中的安装实现、润滑、振动、高低温及寿命进行了研究。利用热真空罐、振动台等测试手段模拟空间环境对研制的蜗轮蜗杆副进行了空间环境适应性测试。研究结果表明通过合理的设计,蜗轮蜗杆副可以具备空间应用的能力,能够满足空间环境要求。     

空间微型合作目标捕获装置的研究

针对空间微型合作目标跟踪捕获任务,研制了具有稳定抓握、多感知、高刚度、高精度、大夹持力、大容错误差校正能力的新型捕获装置.其中,三指形手爪是带有手眼视觉的多传感型手爪,驱动链里加入一套高效率质量轻的反转自锁机构,同时手爪与微型目标器配合设计,冗余容错技术的引入及紧急解锁机构的设计保证了手爪的高可靠性.手爪的试验与测试,证明了手爪优越的抓捕性能与可靠性.     

轻型臂关节力矩传感器的设计

介绍了轻型臂智能关节力矩传感器的弹性体及信号调理电路设计，进行了传感器静态标定试验的研究，为改善传感器的动态响应特性，根据“逆模型”思想，采用最小二乘法、基于函数联接型神经网络法以及辅助变量法设计了力矩传感器的动态补偿器。实验结果表明，辅助变量法具有更好的补偿作用，设计的力矩传感器满足轻型臂系统的要求。     

新型空间手爪的研制及其抓握研究

通过分析,手爪快速闭合和锁紧有利于减小位姿偏移;采用特殊材料和特殊处理、以及设计光滑外形可以防止由位姿偏移造成的不良定位的出现.在多次试验中,所采用的措施有效的防止不良定位的出现,手爪可以在较大位姿偏移情况下捕获MTS并锁紧在唯一位姿下,具有很高的重复精度.     

基于手眼视觉的空间末端操作器的轨迹规划

空间机器人将用于对空间目标的跟踪、接近、包络和抓捕,由于机器人和抓捕目标均处于无约束自由飘浮状态,因此顺利进入捕获区并完成抓捕较为困难。针对漂浮机器人和漂浮目标对接困难的问题,利用末端操作器上的手眼视觉作为传感器系统对末端操作器的运行轨迹加以控制;利用动量守恒和动量矩守恒两大基本定理,推导了手眼视觉引导下空间机器人末端操作器为达到期望捕获位姿的轨迹规划,使得末端操作器可以规避末端操作器手指外形实现对目标的无接触跟踪和包络;利用气浮平台、被动6自由度模拟器实现了地面模拟空间失重环境,并在该试验平台上试验了机器人末端操作器对漂浮目标的跟踪和捕获。研究结果表明,基于视觉的轨迹规划可以协助机器人完成对漂浮目标的跟踪和抓捕。     

大容差空间合作目标捕获对接装置设计的研究

空间合作目标的捕获与对接技术是航天领域特别是空间在轨服务任务中一项关键技术,在役航天器的维修、补给,失效航天器的回收及离轨报废都与此紧密相关。介绍了一种基于空间连杆-柔性索捕获机构,与锥套-导引销对接定位形式的空间合作目标捕获对接装置的设计方案,可以实现大容差、较柔顺、高刚度、高可靠与6DOF精确定位的捕获对接动作,并建立任务星与目标星的电气连接与流体传输通道。通过对该装置的设计变量进行几何分析,为各参数的合理化设计提出思路,以达到更优秀的性能参数。     

蜗轮传动空间润滑研究

对一种应用于某空间项目上的蜗轮蜗杆装置进行了空间环境适应性分析.研究以效率作为评价蜗轮蜗杆装置空间环境适应性的一个综合指标,通过试验,总结出负载、工作温度和速度等因素影响传动性能的一般规律.试验结果表明:虽然采用专用低温脂润滑在低温下没有出现润滑失效的问题,但低的工作温度会降低蜗轮蜗杆的传动效率,低温状态是一种最恶劣的工作状况.此外证明了采用MoS2固体润滑是不可行的.     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

空间轻型臂关节模块的研制

有别于普通机器人，空间机器人必须具备质轻、力大、通用好等特性。介绍了空间机器人关节模块的机械系统、电气系统和传感器反馈系统所采用的特殊零部件和所作的特殊设计，为空间机器人的研究奠定了基础。