检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2025年第3期61卷 237-250页

作者：范小东史创王治易刘天明郭宏伟刘荣强中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201109 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150001 上海市空间飞行器机构技术重点实验室上海201109 上海宇航系统工程研究所上海201109

固面天线具有可靠性高、精度高、热稳定性好的特点。针对目前固面可展开天线展开机构中因转动副的数量过多以及存在球铰、万向节等高副而影响天线结构的形面精度、联动驱动以及锁定刚化的问题,对比了固面天线绕正交双轴旋转分两步展开... 详细信息

固面天线具有可靠性高、精度高、热稳定性好的特点。针对目前固面可展开天线展开机构中因转动副的数量过多以及存在球铰、万向节等高副而影响天线结构的形面精度、联动驱动以及锁定刚化的问题,对比了固面天线绕正交双轴旋转分两步展开与绕单轴旋转一次展开的两种展开方式,提出一种适用于固面可展开天线的绕单轴旋转一次展开的展开机构,构建了计算旋转轴位置的参数化模型,建立了展开机构的运动学模型,采用数值仿真软件对所建立的模型进行了仿真,分析了旋转轴位置对天线收纳率、相邻面板间隙的影响,建立了天线结构的有限元模型,并对天线结构进行了优化设计。结果表明,绕单轴旋转的设计减少了转动副的数量、未采用球铰和万向节等高副,既提高了机构的展开可靠性,又方便了机构的联动、驱动以及锁定和刚化,同时优化后的结构具有更好的力学性能,期望为固面可展开天线的相关理论研究及工程应用提供参考。

关键词：可展开天线折展机构固面天线构型综合运动学分析机构设计

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机械臂与环境交互的位置/力切换抑制振动方法

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振动．测试与诊断 2023年第3期43卷 419-426,615页

作者：汤奇荣王文瑞张崇峰邹怀武钟楼李宁马晓龙同济大学机械与能源工程学院上海201804 上海市空间飞行器机构重点实验室上海201108 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201108

当机械臂执行位置/力的混合跟踪任务时,位置控制一般用于机械臂的自由运动阶段,力控制一般用于约束运动阶段。这种位置/力切换的控制结构既能实现与环境接触前对机械臂位置的精确控制,也能保证接触后对期望控制力的准确跟踪。由于开关... 详细信息

当机械臂执行位置/力的混合跟踪任务时,位置控制一般用于机械臂的自由运动阶段,力控制一般用于约束运动阶段。这种位置/力切换的控制结构既能实现与环境接触前对机械臂位置的精确控制,也能保证接触后对期望控制力的准确跟踪。由于开关系统本身存在的切换不稳定性,机械臂在以一定的速度与环境接触时,机械臂执行器会在环境表面振动甚至弹跳。针对此问题,提出了一种半主动阻尼阻抗学习方法,该方法主要包含两部分:基于位置/力切换控制的半主动阻尼控制器;基于一种逆秩拟牛顿法(broyden fletcher goldfarb shanno,简称BFGS)的阻抗学习算法,根据学习到的环境参数调节半主动阻尼,实现机械臂在接触面的振动抑制和平稳过渡。在仿真及实验中,应用提出的方法让机械臂与不同环境交互,结果表明:该方法能很好地抑制接触过渡阶段的超调力,并防止机械臂在切换过程中的振动,实现了柔顺接触和平稳过渡。

关键词：位置/力混合跟踪切换控制器半主动阻尼逆秩拟牛顿法振动抑制

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牵拉人工肌腱式双足机器人矢状面行走控制

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机械工程学报 2024年第15期60卷 18-27页

作者：高海波王圣军单开正韩亮亮于海涛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150080 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201108

针对传统双足机器人刚性支腿结构缺乏弹性元素的局限,提出一种借鉴人体腿-足肌腱功能的人工肌腱牵拉式支腿结构,并搭建了基于五杆拓扑构型的四自由度双足机器人原理样机。建立了基于线性倒立摆(Linear inverted pendulum,LIP)模型的双... 详细信息

针对传统双足机器人刚性支腿结构缺乏弹性元素的局限,提出一种借鉴人体腿-足肌腱功能的人工肌腱牵拉式支腿结构,并搭建了基于五杆拓扑构型的四自由度双足机器人原理样机。建立了基于线性倒立摆(Linear inverted pendulum,LIP)模型的双足机器人行走规划优化范式。提出了基于LIP模型的双足机器人动步态控制器。在摆动相阶段,采用基于贝塞尔曲线的足端轨迹规划及融合模型前馈的PD控制策略。在支撑相阶段,采用足端地面支反力前馈结合机身姿态、高度反馈的控制策略。搭建试验平台对机器人运控算法进行了有效性验证。试验结果表明,双足机器人可实现0.8 m/s(约两倍腿长/s)的稳定行走速度,机身俯仰角度波动可控制在±7°以内,机身高度波动可控制在±4 cm以内。上述研究成果可进一步推广至面向三维空间移动作业的人形机器人系统设计。

关键词：双足机器人人工肌腱动步态行走控制

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可展薄膜的Miura弹性折痕建模与分析

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哈尔滨工业大学学报 2023年第1期55卷 1-11页

作者：唐愉真刘超肖洪郭宏伟王治易谢超刘荣强机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150001 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201108

为满足空间任务中对可展薄膜机构的大折展比、高平整度等需求,提出基于Miura弹性折痕的空间薄膜可展机构,并进行建模分析及样机研制。根据折痕分布规律和几何关系建立Miura-ori几何模型,研究薄膜的折痕参数对折展比和折痕总长的影响规律... 详细信息

为满足空间任务中对可展薄膜机构的大折展比、高平整度等需求,提出基于Miura弹性折痕的空间薄膜可展机构,并进行建模分析及样机研制。根据折痕分布规律和几何关系建立Miura-ori几何模型,研究薄膜的折痕参数对折展比和折痕总长的影响规律,并进行计算和折痕参数优化。在ABAQUS/Explicit中建立折痕倾角θ=90°及θ<90°的四折痕基本单元的数值仿真模型,分析薄膜关键折痕处的力学行为变化,初步证明二维弹性折痕的可行性;进一步研究经过Miura弹性折痕折叠后三角形薄膜的弹塑性,绘制折痕交点处应力随折叠过程的变化曲线,应力峰值均处于材料弹性范围内;研制空间可展开薄膜机构样机,进行了验证分析。结果表明:机构构型设计方案合理,优化后的折痕参数可以得到大折展比和小折痕总长的薄膜Miura折叠方案,展开后薄膜表面具有较高的平整度,证明了可展薄膜Miura弹性折痕的可行性和优越性。

关键词：可展薄膜结构 Miura折纸折痕参数优化二维弹性折痕样机研制

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近似直驱双足机器人跳跃运动非线性优化及试验验证

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机械工程学报 2021年第13期57卷 153-162,171页

作者：单开正于海涛韩亮亮王圣军李君高海波邓宗全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150080 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201108

跳跃是腿足式动物最常见的步态模式之一,通过快速有力的爆发性功率输出,动物可完成越障避敌等行为。然而,受制于执行器能力限制和高动态运动的规划控制难度,由腿足式机器人实现跳跃奔跑等运动极具挑战性。为此,设计一种基于共轴近似直... 详细信息

跳跃是腿足式动物最常见的步态模式之一,通过快速有力的爆发性功率输出,动物可完成越障避敌等行为。然而,受制于执行器能力限制和高动态运动的规划控制难度,由腿足式机器人实现跳跃奔跑等运动极具挑战性。为此,设计一种基于共轴近似直驱结构方案的双足机器人样机,在三杆简化模型的基础上,确立支撑相和飞行相的约束条件,以跳跃高度最优为目标,将机器人系统的运动规划问题处理成有限维度的非线性优化问题,并采用变参数PID实现关节力矩跟踪控制。通过双足机器人跳跃试验,对运动规划算法的有效性进行验证。结果表明,双足机器人样机能完成离地高度约为0.34 m(相当于50%的腿长)的跳跃动作,研究成果可为未来高越障性足式机器人研究提供理论支撑和技术参考。

关键词：双足机器人近似直驱运动规划非线性优化

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一种扭转式载人月球车及其高速移动性能研究

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宇航学报 2023年第9期44卷 1392-1400页

作者：马龙宇王慎泉蒋松付宏文张崇峰时军委上海宇航系统工程研究所上海201109 空间结构机构技术国防重点实验室上海201109 中国航天员科研训练中心北京100094 上海航天技术研究院上海201109

针对阿波罗载人月球车在崎岖月面行驶车身晃动幅度过大,车轮离地时有发生的问题,分析月面地形路谱对车身纵向、横向以及对角车轮跳动差的需求,在总结月球车、火星车以及地面车辆提高接地性措施的基础上,提出一种前后车身可相对扭转的载... 详细信息

针对阿波罗载人月球车在崎岖月面行驶车身晃动幅度过大,车轮离地时有发生的问题,分析月面地形路谱对车身纵向、横向以及对角车轮跳动差的需求,在总结月球车、火星车以及地面车辆提高接地性措施的基础上,提出一种前后车身可相对扭转的载人月球车,通过相对扭转对车轮跳动进行补偿。仿真对比了两种载人车在不同路面下的高速移动能力、平顺性、通过性以及稳定性,对比研究表明:该扭转式载人车在交叉正弦路面具有更高的行驶速度,在随机路面同等行驶速度下具有更高的平顺性,在低速越障、过坑能力等方面也具有明显优势,车身扭转自由度明显增加了载人月球车对崎岖路面的适应性。

关键词：载人登月月球车车身扭转越障

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月球车轮刺效应的理论分析与实验研究

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宇航学报 2009年第4期30卷 1351-1358页

作者：丁亮高海波邓宗全刘荣强高鹏机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨150080 哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制国防科工委重点学科实验室哈尔滨150080

轮地相互作用地面力学在星球车研究中有着重要意义,目前对于轮地作用中的轮刺效应研究尚不充分。基于Rankine被动土压力理论,分析轮刺与土壤作用的两种工作方式,推导了形成稳定剪切土环时轮刺高度与个数之间的关系式和保证连续剪切的轮... 详细信息

轮地相互作用地面力学在星球车研究中有着重要意义,目前对于轮地作用中的轮刺效应研究尚不充分。基于Rankine被动土压力理论,分析轮刺与土壤作用的两种工作方式,推导了形成稳定剪切土环时轮刺高度与个数之间的关系式和保证连续剪切的轮刺倾斜角度计算公式。采用轮地相互作用测试系统对宽度为165mm,半径分别为135mm和157.35mm的月球车车轮,改变轮刺高度、个数和倾角进行实验,验证了理论分析结果,同时得到如下结论:增加轮刺高度可以提高车轮的牵引性能,轮刺高度为15mm时,比光滑车轮的最大牵引力提高达60%;增加轮刺个数有助于形成稳定的剪切土环;轮刺的倾斜角度可以减小车轮的振动幅度;车轮的牵引力随滑转率增加而增大,但最好将滑转率控制在0.4以下。研究成果为月球车轮刺设计和进行轮地作用力预测提供了依据,并可应用于类似的火星车和地面车辆等。

关键词：月球车地面力学轮刺效应松软土壤

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空间机器人研究进展及技术挑战

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航空学报 2021年第1期42卷 1-25,I0002页

作者：孟光韩亮亮张崇峰中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201109 上海宇航系统工程研究所上海201109 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一,在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先,回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状,以及已成功在... 详细信息

空间机器人是实现空间操控自动化和智能化的使能手段之一,在无人及载人的空间科学探索活动中至关重要。首先,回顾了国际空间站舱内外机器人、中国空间站机器人、在轨自由飞行空间机器人等几类轨道空间机器人工程应用现状,以及已成功在轨应用月面机器人和火星机器人两类星表机器人系统的应用现状。其次,针对空间机器人后续日益复杂的任务需求,探讨了空间机器人在机构构型、关节驱动、末端操作、感知认知、行走移动、动力学与控制等方面面临的技术挑战。然后,论述了空间机器人在多臂、超冗余、柔性化、可重构、仿生等新型机构构型方面的探索,介绍了空间机器人主动、被动柔顺关节方面的研究进展,论述了空间机器人末端执行器在专用化工具及通用化多指灵巧手两个方向的研究进展,总结了星表机器人在新型移动机构构型、高自主导航方面的研究进展,介绍了空间机器人在多传感器集成融合、力与触觉感知方面的研究进展,论述了空间机器人在多臂协调控制、柔顺控制、漂浮基座抓捕动力学控制等方面的研究进展。最后,展望了空间机器人在空间目标抓捕与移除、高价值飞行器在轨服务与维修、空间大型构件在轨组装及星球科学探测等方面的应用前景。

关键词：空间机器人轨道空间机器人星表空间机器人载人航天空间站

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基于ANSYS的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析

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机械工程学报 2010年第5期46卷 1-7页

作者：高海波李志刚邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制国防科工委重点学科实验室哈尔滨150001

为研制出谐波减速器的短杯柔轮,使用ANSYS的APDL语言开发了杯形谐波柔轮的参数化等效接触模型,利用该模型分析25机型到60机型的柔轮在波发生器作用下所受到的应力情况,并与经验理论公式计算值进行比较,验证柔轮与波发生器参数化等效接... 详细信息

为研制出谐波减速器的短杯柔轮,使用ANSYS的APDL语言开发了杯形谐波柔轮的参数化等效接触模型,利用该模型分析25机型到60机型的柔轮在波发生器作用下所受到的应力情况,并与经验理论公式计算值进行比较,验证柔轮与波发生器参数化等效接触模型的准确性,并描述柔轮的最大等效应力随柔轮型号的变化规律。针对32机型分析柔轮的关键结构参数,包括柔轮筒长、齿圈壁厚、光滑圆筒壁厚、齿宽、三个柔轮圆角半径等参数的变化对柔轮的最大等效应力和光滑圆筒部分最大等效应力的影响敏感度,为短杯柔轮的结构参数优化设计提供依据。另外,在热和结构耦合的情况下对柔轮与刚轮的接触模型进行简化,给出柔轮最大应力随温度的变化曲线,为研究柔轮在高低温环境下的失效提供依据。

关键词：谐波齿轮传动杯形柔轮接触分析结构参数敏感度

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基于正六边形折纸的单自由度可展结构

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机械工程学报 2021年第11期57卷 153-164页

作者：张霄李明崔琦峰陈学松马家耀陈焱天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072 中国航天科技集团有限公司空间结构与机构技术实验室上海201109 上海宇航系统工程研究所上海201109 天津大学机械工程学院天津300072

可展结构在航空航天领域应用广泛,其性能的优劣直接决定航天任务的成败。随着各种空间设备向着大型化和复杂化方向发展,对性能优良的可展结构的需求与日俱增。为了设计具有高可控性、大收纳率的可展结构,从刚性折纸的角度出发,对一种已... 详细信息

可展结构在航空航天领域应用广泛,其性能的优劣直接决定航天任务的成败。随着各种空间设备向着大型化和复杂化方向发展,对性能优良的可展结构的需求与日俱增。为了设计具有高可控性、大收纳率的可展结构,从刚性折纸的角度出发,对一种已有折纸图案进行改进,设计出一种新型零厚度正六边形折纸。进一步结合桁架理论和厚板折纸理论分析并降低了其自由度,从而提高了该机构的可控性,并借助D-H法对其进行了运动学分析。考虑到实际工程中应用的空间设备多有一侧为平整的工作表面,通过采用新的机构对原有机构进行运动等效替换,使其具有一侧平整展开表面,最终得到了一种具有单自由度大折展比的可展结构设计方案。

关键词：可展结构刚性折纸桁架理论厚板折纸机构运动学

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