摘要：大型化、多样化和高精度化的在轨建造任务日趋增多,对舱外作业空间机械臂的能力提出了新的需求。传统SSRMS构型空间机械臂虽然被广泛地应用于在轨服务,但是其具有针对于特定任务设计的结构特点,限制了单个机械臂执行不同种类任务的能力,难以适应未来在轨任务复杂化发展的应用需求。为此,提出了一种新型的具有两个被动式伸缩臂杆的SSRMS构型可重构空间机械臂,并对其运动学奇异性进行了深入分析。首先,通过介绍新型机械臂的结构特点及可重构原理,总结了此类机械臂的工作性能优点,证明了其具备在未来的复杂在轨任务中扮演重要角色的潜力。然后,建立了新型机械臂分别在自由空间操作和重构操作时的微分运动学方程,通过对微分逆运动学方程的分析确定出了包含运动学奇异条件的雅可比矩阵。接着,提出了一种简单可靠的运动学奇异性分析方法,在雅可比矩阵中求解得到了新型机械臂的全部运动学奇异条件。最后,以新型机械臂为例进行了实验验证,结果表明:奇异条件不仅能够正确的确定出新型机械臂的奇异位形,而且在机械臂执行操作任务时可作为先验条件指导机械臂的避奇异运动控制,为操作任务的可靠执行提供了有力保障。

摘要：针对大型空间设施在轨建造任务需求,以空间多分支机器人为应用对象,设计了一种末端执行器及三种适配接口,用于完成识别、定位、捕获、搬运、装配、攀爬和探测等任务。通过分析在轨建造任务需求,以装配对象参数、机器人性能等为依据提出了设计指标。制定了末端执行器机械结构、电气系统的总体方案,并设计了三种适配接口;针对容差需求,分析了对接过程的容差条件和力学条件,优化了关键部件几何参数;针对锁紧需求,建立了锁紧过程运动学、力学模型,并采用组合运动规律,优化了圆柱凸轮曲线槽。通过仿真及试验,验证了容差、锁紧设计的正确性,并进行在轨装配、在轨攀爬的地面模拟试验,进一步验证了末端执行器及适配接口的性能,为大型空间设施的在轨建造奠定了基础。

摘要：纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢体机器人的设计与实现方法。通过建立FRA的分析模型,揭示了驱动器在不同变形模态下其构形参数与输入气压对变形量的影响规律,并通过有限元仿真加以验证。此外,还提出了柔性外肢体机器人轨迹优化算法,通过构建多目标优化函数并基于置信域方法优化各FRA的设计参数,协助穿戴者完成规定任务。通过样机试验测试了本文的外肢体机器人的系统性能,该外肢体机器人可以有效提升穿戴舒适性,实现3维空间中的灵活运动。研究结果表明,采用FRA的柔性外肢体机器人在穿戴舒适性、动作多样性、控制精准性等方面优于现有的柔性外肢体机器人。

摘要：以一种由双混联机器人组成的镜像铣削系统为研究对象,采用矢量法建立了镜像铣削系统规格化的运动学正逆解模型,其中正解方法较采用牛顿迭代法求解的方法具有计算效率与精度高的优点。提出了一种镜像加工路径生成方法,明确了双机参考坐标系的位姿关系,通过设定薄壁结构件的期望加工壁厚计算位姿镜像对称的刀具与支撑头路径。提出了十轴联动与双五轴联动两种镜像加工路径执行方法,后者较前者具备可重构性与模块化的特点,支持铣削或支撑机器人单机作业,能够满足大工作空间内单机或多机快速现场布置与高效协同加工的需求。为验证所提出的运动学模型与加工路径生成、执行方法的正确有效性,开展了大型薄壁结构件镜像加工试验,试验结果表明,壁厚加工误差可保证在±0.18 mm以内。

摘要：针对移动作业中的腿足机器人,结合数字孪生技术,设计整机系统的体系结构、模块结构、硬件框架和软件框架,通过集成多个传感器输入和数据源,可在移动场景下获得可靠准确的环境状态和机器人状态.基于点线特征匹配理论,优化腿足机器人的自主定位精度和鲁棒性,结合环境建模数据实现高效里程计和实时移动建图.提出建立数字孪生模型的通用方法,并通过误差补偿保证机器人数字孪生体的运动状态与实际机器人的运动状态高度一致.在数据集和真实机器人上进行实验,结果表明所提出的数字孪生系统不仅能够在不同的腿足机器人平台上稳定高效运行,而且能够保证实时状态反馈和里程计定位精度.与ORB-SLAM3相比,内存开销降低约68.7%,CPU使用率降低约17.8%.硬件实验表明,通信延迟与网络延迟基本一致,约为30 ms,有助于提高任务执行效率.

摘要：该文探讨了工业机器人实验教学课程中虚拟仿真与实物实验有机结合的安全操作教学方法。根据实际应用场景设计了工业机器人在有限空间中的轨迹规划实验,并给出了物理建模、运动学计算、轨迹规划的递进式解决方案,提出了基于MATLAB Robotics Toolbox的虚拟仿真教学过程和基于国产工业机器人的实物实验教学过程,在此基础上综合设计了虚实结合的安全操作实验教学方法,以实际课程案例说明其应用效果。采用该方法进行实验教学能够在保证安全操作的前提下使学生循序渐进地掌握工业机器人操作过程,为学生进行开放性实验探索提供安全的虚实结合架构,在教学过程中取得了良好的效果,也可推广到其他具有操作危险性的实验教学课程。

摘要：增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用,然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_(50.9)Ti_(49.1)(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重要意义。所选的400~1400mm/s工艺窗口内,试样致密度均大于99%。但当扫描速度大于600mm/s时底部会产生裂纹。优选打印速度400mm/s的拉伸实验结果表明:沉积态试样和热处理试样平均抗拉强度分别为675MPa和782MPa,最大延伸率分别为19.7%和和17.95%,即500℃退火热处理后试样抗拉强度提升,但延伸率下降。沉积态和热处理态试样断裂机制为脆性与塑性断裂共同作用的准解理断裂机制。通过DSC实验测得热处理后试样的马氏体相变和逆相变起始温度M_(s)和A_(s)分别为35.8℃、10.0℃。温度介于二者之间时,合金由奥氏体、马氏体两相组成,EBSD结果表明20℃室温下试样主要由B19'马氏体构成。

摘要：提出了一种基于Kresling和Miura折痕的混合型三指机械手,该手具有抓取范围大、结构简单和灵活性高的特点。首先,对Kresling折痕进行几何分析,建立了Kresling折痕参数与应变能之间的关系方程。利用坐标法建立了多层Miura折纸单元的力矩与指节长宽比之间的关系方程;在此基础上利用虚功原理建立了混合型单元的各个参数之间关系的数学模型,并采用D-H(Denavit-Hartenberg)坐标法计算出末端点的分布来确定机械手的工作空间;采用力矩平衡的方法,分析了机械手对圆柱体和长方体分别进行指尖抓取和包络抓取的情况,得出了各接触力与各关节角之间的关系。

摘要：为了满足空间任务需要,对可折展薄膜天线应用需求非常迫切,且朝着大展收比、高精度化、轻质化的方向发展。提出一种百米级多超弹性铰链抛物柱面天线折展机构,该机构主要由超弹性铰链、三棱柱伸展臂、横向折展肋、同步铰链和索网组成;三棱柱伸展臂能够进行纵向折展,横向肋进行横向二次折展。该机构采用模块化设计,依靠横向和纵向分布的超弹性铰链弯曲变形时存储的弹性势能实现展开和锁定,具有无源驱动的特点。考虑了超弹性铰链和绳索的非线性影响对该机构进行静刚度分析;采用位移坐标分析法和拉格朗日方程,分别建立了横向肋展开、三棱柱伸展臂纵向展开的运动学模型,为抛物柱面天线折展机构的宇航应用提供了理论基础。

摘要：为解决探测器在弱引力、特性未知小天体表面的附着取样难题,提出一种融合着陆缓冲、附着固定、取样、放样等核心功能为一体的附着取样一体化机器人设计方案。基于腿臂复用,提出多臂协作主动自适应式着陆缓冲方案;利用超声波钻钻压力小、硬质岩石表面钻进效率高的特点,提出针对岩石类小天体的超声波钻式附着固定方案;针对星表特性不确定,取样适应性要求高的需求,提出砂轮磨削、毛刷清扫的双模式取样方案。采用仿真方法对着陆缓冲性能、取样性能等进行分析;在原理样机研制基础上,开展附着取样全流程实验。结果表明,附着取样机器人可实现着陆缓冲、附着固定、取样、放样等功能,验证了该系统的核心功能。本研究旨在探索小天体附着取样方法,为小天体取样返回任务提供技术支持。