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您现在的位置是:首页 > 《载人航天》 > 2016年第01期
  • 空间机构技术发展趋势及展望 免费阅读 下载全文
  • 概述了我国空间机构技术的发展历程,结合当前我国航天技术的发展需求,对后继轻质大型展开机构、高精度指向机构、智能操作机构三个发展方向的研究概况进行了分析。在此基础上,根据空间机构的复杂度和其在航天器系统中的地位变化,总结出我国空间机构单机一分系统一机械系统(平台)的发展趋势,归纳出了目前空间机构发展中“结构-机构一体化分析"、“材料-机构一体化设计"、“控制一机构一体化设计"的技术特点,提出了加强柔性机构动力学技术、大变形材料制备及应用技术、微驱动技术的研究,以配合新型空间机构技术发展的建议。
  • 空间机器人的若干前沿领域:研究进展和关键技术 免费阅读 下载全文
  • 基于空间环境和在轨任务的特殊性导致的空间机器人不同于地面机器人的特点,讨论了面向航天产业的核心技术路线图的确定方法.论述了航天员心理陪护机器人的要求和研究方法,重点分析了非合作目标捕获过程面临的非线性碰撞接触动力学等前沿科学问题和冲击载荷下空间漂浮系统的稳定控制等关键技术;并针对未来空间装备巨型化趋势,介绍了大型机械臂研制、多机器人协调和大延迟下对机器人系统智能化的研究进展。
  • 基于EtherCAT总线的人形机器人控制系统设计 免费阅读 下载全文
  • 针对传统人形机器人控制系统存在的软硬件模块化程度低、通讯非实时、控制功能有限的问题,在分析空间站对人形机器人控制系统功能需求的基础上,以四核嵌入式控制器为操作平台,搭建了基于EtherCAT总线的人形机器人分布式实验控制系统,实现了机器人任务规划与决策、数据管理和系统通信等功能,具有灵活高效的网络拓扑结构、模块化的软件架构。实验表明,该系统保证了信号采集的实时性和可靠性,控制的稳定性和高精度。
  • 基于PSO优化算法的空间机械臂振动抑制研究 免费阅读 下载全文
  • 针对空间柔性机械臂的末端残余振动抑制问题,提出了一种基于逆运动学分析和粒子群优化算法的柔性机械臂笛卡尔空间轨迹规划和振动抑制的新方法n采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别对柔性关节、柔性臂杆进行动力学建模,最终得到全面考虑柔性特性的柔性机械臂动力学模型:针对机械臂末端笛卡尔空间“点到点"和“静止到静止"的规划运动,采用五次多项式函数对末端轨迹进行离散规划,并通过逆运动学理论分析求解得到含冗佘参数的关节空间电机转动轨迹;采用粒子群优化算法(PSO),将满足机械臂末端振动最小化的轨迹规划问题转换为待定冗佘参数的优化问题,并迭代优化求解该参数;最后以三自由度柔性机械臂开展仿真研究。仿真结果表明,提出的规划方法具有很高的收敛速度,节约了计算时间;能够实现预定的机械臂轨迹规划:对机械臂末端点的残余振动能够进行有效地抑制。
  • 3D双臂空间机器人广义雅克比矩阵推导与运动学特性分析 免费阅读 下载全文
  • 基于智能机器人空间在轨服务任务,对空间机械臂系统进行了一种新的3D双臂空间机器人广义雅克比矩阵推导方法研究和简单的运动学特性定量分析,并使用Simulink与ADAMS完成了3D双臂多自由度空间机器人的运动仿真和运动特性定性分析的验证。与以往对多臂机器人广义雅克比矩阵推导的单臂化或平面化处理不同,该方法适用于任意多臂多自由度空间机器人广义雅克比矩阵的推导,是一种普遍通用的推导方法,当臂的条数增多时相应修改对应参数即可。
  • 漂浮基空间机器人捕获卫星过程冲击动力学建模及基于非线性滤波器的镇定运动控制 免费阅读 下载全文
  • 研究了空间机器人系统捕获目标卫星时发生碰撞的冲击效应及之后的稳定控制问题。首先利用拉格朗日第二类方程建立了空间机器人系统的动力学模型,目标物的动力学方程则通过牛顿欧拉法获得。其次利用运动几何关系及动量守恒原理,分析了碰撞冲击对系统的影响。对于两者接触后形成失稳的联合体系统,设计了输出反馈控制方案,以完成稳定控制。同时.考虑到空间机器人输入力矩有限的条件,运用带饱和函数的控制率将控制力矩限制在一定范围内。该方案利用非线性滤波器估测机械臂关节的速度,使其在控制过程中仅需测量系统位置信息。最后,通过李雅普诺夫判据证明了系统的稳定性。数值仿真实验模拟了碰撞冲击效应.并验证了上述控制方案的有效性。
  • 漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制 免费阅读 下载全文
  • 针对载体位置不受控,姿态受控的漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障问题,提出了一种基于有效因子融合的分散滑模神经网络容错控制方案。利用拉格朗日第二类方程建立系统的动力学模型,然后利用分散的思想,将系统分散为若干个子系统,将有效因子融合到子系统的动力学模型中。利用终端滑模进行控制器设计,并利用径向基函数神经网络对系统参数不确定项和未知项进行估计,自适应地补偿了神经网络的估计误差。最后,数值仿真结果表明了提出的分散容错控制器的有效性。
  • 空间机械臂水下试验及其关键技术综述 免费阅读 下载全文
  • 为配合航天员出舱活动训练以及在中性浮力环境中验证空间机械臂的相关任务和功能,需开展空间机械臂的水下试验工作。对加拿大I臂、Ranger项目、Eurobot欧洲号机器人等国际空间机械臂水下试验情况进行了调研,提炼出水下密封技术、水下接口湿式插拔技术、中性浮力配平技术、水动力特性仿真技术、水压传动与关节设计技术等关键技术,为我国空间机械臂后续开展水下试验工作提供参考和借鉴。
  • 基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统 免费阅读 下载全文
  • 为增强空间遥操作系统的力交互性,提出了一种基于视觉/力觉辅助的空间遥操作系统。结合虚拟现实技术.借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈和虚拟力觉反馈的空间遥操作实验平台。使用KINECT相机采集3D点云数据,采用滑动最小二乘法(SLSM)在线识别未知环境中的模型参数并更新本地虚拟环境。通过虚拟预测环境产生实时的视觉、力觉反馈。基于人工势场的共享控制方法.产生引力或斥力信号来增强操作者控制远端机器人的避障及接近操作目标的能力。该方法在7自由度Schunk机械臂上得到了实现,实验表明此方法能够克服2s时延影响并显著提高操作效率。
  • 抗天火工连接分离机构设计技术研究 免费阅读 下载全文
  • 针对现有火工连接分离机构设计方法过于依赖经验和试验等现状,以一种楔块式火工连接分离装置为案例,探索了一种基于仿真分析开展前期设计,通过多参量同步试验进行小子样验证的设计方法,该方法以理论设计为主、测试为辅,相比传统测试方法,具有设计可信度高、试验样品消耗量少、更清楚揭示产品性能等特点。
  • 大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究 免费阅读 下载全文
  • 为满足大型射电望远镜天线运动过程中由于重力变形而引起的天线性能和指向的变化以及L频段馈源工作任务,根据多自由度调整以及工作空间范围等设计要求确定了“上海65米射电望远镜系统"天线副反射面调整机构的构型;在满足天线工作任务要求的基础上.对机构进行了构型尺寸参数优化,并在各个尺寸参数优化确定后对天线副面调整机构进行了结构设计;对天线副面调整机构进行了标定实验,并开展了副面调整机构动态跟踪精度测量实验研究,实验结果均达到了设计要求。面向工程实际任务进行设计与实验研究,研究成果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。
  • 空间光学遥感器次镜定位平台的设计与测试 免费阅读 下载全文
  • 为实现光学望远镜高质量成像,次镜的调整系统要求具有精密定位、高承载能力以及较高的相对精度等特点。基于该特点,设计了一种次镜定位六自由度并联平台,对该并联机构进行运动学分析、力分析以及误差分析。根据给定误差,对并联平台促动器以及关节铰链进行设计.最后,对平台的技术指标进行测试。测试结果显示,并联机构相对精度≤1.2%,分辨率〈0.5μm,并联机构的轴向刚度≥40N/μn系统的旋转中心可以任意放置在运动限制范围内,能够实现望远镜次镜的精密定位任务。
  • 空间光学遥感器次镜调姿机构多目标优化设计 免费阅读 下载全文
  • 次镜在轨精密调姿技术是空间光学遥感器关键技术之一。针对用于空间光学遥感器次镜在轨调姿的Hexapod精密调姿平台机构的设计需求,以定位精度和静刚度为准则对其构型进行多目标优化设计。建立了Hexapod平台机构运动学模型,采用快速坐标搜索法分析了Hexapod平台的工作空间;按照次镜调姿机构性能要求,提出了定位精度指标和抗变形指标,并据此建立了以构型参数为变量的优化目标函数,利用遗传算法对两个单目标函数进行了优化;利用加权分配法构造了统一约束目标函数,利用遗传算法对其进行了多目标优化。优化后动平台定位精度提高8.3%.抗变形能力提高62.5%。
  • 基于力矩控制法的同步展开技术研究 免费阅读 下载全文
  • 多连杆展开结构作为一种典型的空间展开结构,需要通过机械或绳索同步装置进行展开运动控制。为有效降低展开系统的复杂度,避免传统机械同步装置的不足,提出了一种新型运动控制方法:力矩控制法。通过分析3连杆系统的运动特性,确定了系统各展开轴线上的驱动力矩是控制同步性的关键参数。为实现有序展开,3连杆系统需要在运动过程中合理分配各驱动力矩值。传统的机械同步装置是强制保持力矩平衡以实现同步性,而力矩控制法则是通过精确设计各力矩值实现展开同步的。在实际工程应用中,为简化参数选取难度,采用恒力矩驱动弹簧代替阿基米德涡卷弹簧作为系统动力源。在建立展开结构的动力学模型的基础上,运用ADAMS的设计评估工具完成了弹簧参数的确定。最终结果标明整个展开系统的不同步量优于0.3S.能够满足使用要求。
  • 一种微型航天器对接机构的设计研究 免费阅读 下载全文
  • 针对立方星级别的微型航天器在轨对接任务,提出了一种通用对接机构的设计方案。方案采用捕获连接功能一体化设计,利用连接构件在对接靠近阶段形成捕获对接通道,提高了对接初始姿态偏差适应能力和相对姿态校正能力,并引入电磁力辅助对接过程。利用ADAMS软件对对接过程进行动力学仿真分析,结果表明,该设计方案能够实现可靠捕获和连接,完成两微型航天器的对接。
  • 双环可展桁架结构模型柔性张力索网设计与分析 免费阅读 下载全文
  • 由于采用双环可展桁架结构可以有效改善结构刚度,实现更大的天线口径,故在已有双环可展桁架结构基础上,基于柔性张力索网成型原理设计可展天线反射面柔性张力索网,利用有限元数值分析方法对两种索网进行找形分析。制作2m口径双环可展桁架结构模型。在双环可展桁架结构模型上安装柔性张力索网,通过对拉索施加预应力将索网张拉成型。运用非接触测量系统对成形后索网节点坐标进行测量,将测量所得结果与数值分析所得结果进行比较分析,考察了柔性张力索网的型面精度。结果表明该张力索网可实现张紧成型,索网节点坐标测试值与设计值较为吻合.可为此类可展天线的设计提供参考。
  • 自适应伸长型火工作动装置的动态特性研究 免费阅读 下载全文
  • 火工作动装置广泛应用于航天器上,能够在相当短的时间内释放出相当大的能量,并转化为机械能输出做功,以完成预定程序动作。作为一次性做功的驱动装置,火工作动装置的动态特性与任务成败直接相关。自适应伸长型火工作动装置通过燃烧腔与动力腔两腔燃气压力的动态调整,以获得满足要求的输出性能。针对自适应伸长型火工作动装置的工作过程,考虑火药燃烧与活塞杆运动的强耦合关系、小孔节流等因素,基于经典内弹道理论建立作动过程理论模型,采用MATLAB/Simulink建立对应的仿真分析模型,求解得到火工作动装置的腔室内燃气压力变化规律、输出性能等动态特性。仿真结果与试验结果基本吻合,能够为火工作动装置的设计提供一定的理论依据。
  • 空间对接机构热真空环境对接与分离试验技术研究 免费阅读 下载全文
  • 为了验证对接机构在空间环境下的运动性能是否能满足设计要求,在研制过程中必须进行对接机构热真空环境下的对接与分离试验,试验方案的正确与否直接影响到航天器对接与分离的成败。针对对接机构在轨对接的工作过程,提出了利用飞轮模拟对接等效质量的试验方案,并根据提出的方案研制了对接机构热真空对接试验台,完成了对接机构热真空对接与分离试验。由试验结果可知,飞轮模拟等效质量的技术方案有效可行,可保证对接机构热真空对接与分离试验圆满完成。
  • 大型航天器结构的热致振动研究 免费阅读 下载全文
  • 多数航天器在轨服役期间会受到冷热交变热辐射载荷作用而出现热致振动问题,因此,在结构设计阶段准确地预测热诱发的航天器动力学行为至关重要。基于绝对节点坐标方法,并采用耦合的热-结构分析模型,建立了可以对大范围运动的薄壁管和复合材料层合板进行热-动力学耦合系统分析的非线性有限单元,同时基于浓缩的形函数推出了非线性弹性力的高效计算公式。利用所建单元,针对受到太阳辐射热冲击载荷作用的航天器结构展开研究。首先,研究了经典的悬臂梁和板结构的热致振动,其位移响应都出现了不稳定的热颤振现象,并从热弯矩做功角度解释了产生热颤振的原因;然后,又研究了UARS卫星和Ulysses自旋稳定航天器的热致振动,将它们简化为刚一柔耦合的多体系统动力学模型,UARS的加速度响应出现了热跳变现象,而Ulysses的姿态角响应出现了热拍现象;最后,研究了大型环状天线的桁架结构及其支撑机械臂结构,热变形和振动幅值都较小,即结构较稳定。
  • 空间机械臂辅助大质量舱体对接阻抗控制方法 免费阅读 下载全文
  • 针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务中,由于大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素,导致末端位置精度差、对接机构偏离对中位带来的对接困难的问题,提出采用阻抗控制的方法。分析了对接任务中的模拟对接机构的特性,发现其受到的碰撞力与对中位姿偏离方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性:针对六维力传感器安装位置距离对接机构较远、惯性力影响严重的问题,提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性:进行了仿真实验,结果表明采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小。
  • 着陆工况对月球着陆器着陆缓冲性能影响分析 免费阅读 下载全文
  • 复杂的着陆工况对月球着陆器缓冲机构的工作可靠度影响很大。基于典型的四腿式月球着陆器建立月面着陆过程动力学仿真模型,构造了二阶响应面等效分析模型进行敏感度分析,分析了着陆工况各组成因子对着陆器缓冲机构缓冲性能的影响,发现对缓冲性能影响显著的工况因子有足垫与月面摩擦系数、竖直速度、沿Z轴方向水平速度、等效月面坡度及绕y轴转角。通过蒙特卡洛模拟研究了工况因子取值对缓冲性能的影响,并通过贝叶斯公式计算了可控着陆工况因子不同取值时的缓冲可靠度。研究发现,采用光滑足垫及降低关闭发动机时着陆器距月面的高度可以提高着陆器的着陆缓冲可靠度。
  • 2015国外载人航天发展综合分析 免费阅读 下载全文
  • 2015年,国外主要航天国家依据本国国情持续推进载人航天活动,美国完善了载人航天技术顶层规划,俄罗斯继续进行航天机构重组,美、俄新型航天运输系统研制进展顺利:国际空间站延寿至2024年,将继续扮演着技术验证和科学实验平台的重要角色,发挥人类火星之旅的前哨作用。
  • [特约稿件]
    空间机构技术发展趋势及展望(从强;罗敏;李伟杰)
    空间机器人的若干前沿领域:研究进展和关键技术(戴振东)
    [空间智能机构技术]
    基于EtherCAT总线的人形机器人控制系统设计(余秋蕾;张崇峰;陈萌;韩亮亮)
    基于PSO优化算法的空间机械臂振动抑制研究(辛鹏飞;荣吉利;杨永泰)
    3D双臂空间机器人广义雅克比矩阵推导与运动学特性分析(王奉文[1,2];侯月阳[1,2];贺亮[1,2];卢山[1,2])
    漂浮基空间机器人捕获卫星过程冲击动力学建模及基于非线性滤波器的镇定运动控制(程靖[1,2];陈力[1,2])
    漂浮基空间机器人执行机构部分失效故障的分散容错控制(赵紫汪[1,2];陈力[1,2])
    空间机械臂水下试验及其关键技术综述(曾磊;孙鹏飞;陈明;金俨;刘宾)
    基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统(徐效农;宋爱国;朱澄澄;倪得晶)
    [空间功能机构技术]
    抗天火工连接分离机构设计技术研究(叶耀坤;刘天雄;温玉全;丁锋;满剑锋)
    大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究(姚建涛[1,2];曾达幸;侯雨雷;段艳宾[1,3];窦玉超[1,3];许允斗[1,2];韩博;赵永生[1,2])
    空间光学遥感器次镜定位平台的设计与测试(于阳[1,2];徐振邦;于鹏;韩春杨;杨剑锋[1,2];吴清文)
    空间光学遥感器次镜调姿机构多目标优化设计(韩春杨;徐振邦;吴清文;秦超;夏明一)
    基于力矩控制法的同步展开技术研究(王萌;周徐斌;杜三虎;王智磊)
    一种微型航天器对接机构的设计研究(杨青;杨新海;邵济明[1,2])
    双环可展桁架结构模型柔性张力索网设计与分析(吴明儿;张天昊;徐遗威;关富玲)
    自适应伸长型火工作动装置的动态特性研究(水龙;刘轶鑫;杨勇;杨震春)
    空间对接机构热真空环境对接与分离试验技术研究(邱华勇;秦彦;苑会领;刘刚峰)
    大型航天器结构的热致振动研究(沈振兴;胡更开)
    空间机械臂辅助大质量舱体对接阻抗控制方法(莫洋;魏博;李辉;蒋志宏;黄强;饶炜;王耀兵;唐自新;张晓东;张大伟;唐玲)
    着陆工况对月球着陆器着陆缓冲性能影响分析(丁建中;王春洁[1,2];王家俊;宋顺广)
    [信息研究]
    2015国外载人航天发展综合分析(王岩松;廖小刚)
    《载人航天》封面

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