SRMS空间机械臂

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空间在轨装配中的机器人发展_崔瑛楠

空间在轨装配中的机器人发展_崔瑛楠

科 技 天 地55INTELLIGENCE空间在轨装配中的机器人发展哈尔滨师范大学 崔瑛楠摘 要:空间机器人技术在空间在轨装配中扮演了越来越重要的角色。

本文通过对世界主要航天国家的空间在轨装配机器人技术进行介绍,针对典型的空间机器人进行了总结。

通过对各国机器人的相关技术的介绍,为中国在轨装配机器人的发展提供了可供发展的依据。

关键词:空间机器人 在轨装配 在轨服务引言空间机器人是在空间环境下进行空间站建造和维护以及人造空间飞行器的维护和回收的机器人。

国内外目前对于空间机器人的称谓不尽相同,如空间机械手(Space Manipulator),机器人卫星(Robot Satellite)等,但是他们的本质都是一样的,都是在空间飞行器上机械手的空间机器人系统。

下面对国外主要的空间机器人进行介绍。

一、加拿大机械臂早在20世纪70年代末 ,加拿大早期空间计划合同设计并制造航天飞机专用的空间机械系统航天飞机遥控机械臂系统(shuttle remote manipulator system SRMS)也称加拿大臂。

SRMS 主要用于装在航天飞机机舱内,随着每次任务的完成返回地球。

移动维修系统(mobile servicing system)简称MSS,也就是大家所熟知的加拿大臂2,是连接在国际空间站上得一个机器人系统。

MSS 主要由三部分组成:Space Station Remote Manipulator System(SSRMS)、S p e c i a l P u r p o s e D e x t e r o u s Manipulator(SPDM)、Mobile Base System(MBS),另外还有一套控制系统Robotic Workstation。

SSRMS 可以与Special Purpose Dexterous Manipulator(SPDM)末端灵巧手执行机构进行组装,实现特殊功能。

空间机器人简介

空间机器人简介

空间机器人简介1 空间机器人的定义2 空间机器人的主要任务和特点3 空间机器人的分类4 空间机器人研究现状5 空间机器人的发展趋势1空间机器人的定义空间机器人是指在太空环境下进行空间作业的机器人,它由机器人的本体及搭载在本体上的机械手组成。

空间机器人学作为一门新兴的学科,涉及到计算机、人工智能、自动控制、无线电通信、传感器融合、人工生命、机械学和力学等多个研究领域。

2空间机器人的主要任务1 空间站的建造,空间机器人可以承担大型空间站中各组成部的运输及部件间的组装等任务。

2 卫星和其他航天器的维护与修理,如失效卫星的回收和其他天器的维护与修理,如失效卫星的回收、零件更换和空间飞行器的资补给等。

3 空间生产和科学实验,利用宇宙空间微重力和高真空的特点生产出地面上难以生产或无法生产的产品。

空间机器人的特点空间机器人工作在微重力,高真空,超低温,强辐射,照明差的环境中,因此,空间机器人与地面机器人的要求也必然不相同,有它自身的特点。

首先空间机器人的体积比较小,重量比较轻,抗干扰能力比较强。

其次,空间机器人的智能程度比较高,功能比较全。

空间机器人消耗的能量要尽可能小,工作寿命要尽可能长,而且由于是工作在太空这一特殊的环境之下,对它的可靠性要求也比较高。

3空间机器人的分类从20世纪90年代中期以来,国际上正在研制与开发的空间机器人大体上分为三类:舱外活动机器(EVR)、科学有效载荷服务器、行星表面漫游车。

根据不同的划分标准与原则,空间机器人有多种分类方法。

其中按用途的不同空间机器人可以分为舱内/外服务机器人、星球探测机器人和自由飞行机器人3种。

舱内/外服务机器人作为空间站舱内使用的机器人,舱内服务机器人主要用来协助航天员进行舱内科学实验以及空间站的维护。

舱内服务机器人要求质量轻、体积小,且具有足够的灵活性和操作能力。

作为空间站(或者航天飞机)舱外使用的机器人,舱外服务机器人主要用来提供空间在轨服务,包括小型卫星的维护、空间装配、加工和科学实验等。

空间智能软体机械臂动力学建模与控制

空间智能软体机械臂动力学建模与控制

空间智能软体机械臂动力学建模与控制-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以按照以下方式编写:在当今科技快速发展的背景下,机器人技术已经成为热门的研究领域之一。

机器人的灵活性和多功能性使其在各个领域中都有着广泛的应用,特别是在工业自动化和生物医学领域。

而软体机器人是机器人技术发展的一个重要方向,它能够在具有柔软和变形特性的情况下完成复杂的任务。

传统的机械臂由刚性材料组成,在执行任务时常常会遇到刚性结构不足以适应复杂环境的问题。

而软体机械臂通过使用柔性材料和智能感知技术,能够更好地应对多样化的工作环境和任务需求。

因此,软体机械臂的研究和开发对于提高机器人的适应性和灵活性具有重要意义。

本文旨在研究软体机械臂的动力学建模与控制方法。

首先对软体机械臂的概念和特点进行了简要介绍,包括其柔性材料的选择和结构设计。

然后,针对软体机械臂的特殊性质,探讨了一种有效的动力学建模方法,以确定其运动学和动力学特性。

在建立动力学模型的基础上,本文还提出了一种有效的控制策略,以实现软体机械臂的高精度和稳定性。

此外,为了验证所提出的方法和策略的有效性,进行了一系列的实验,并对实验结果进行了详细的分析。

通过实验数据和分析,证明了所提出的动力学建模和控制方法在提高软体机械臂性能方面的有效性和可行性。

最后,在结论部分,对研究成果进行了总结,并对存在的问题进行了分析和展望。

同时,给出了未来研究的建议,希望能够为进一步完善和应用软体机械臂技术提供参考。

综上所述,本文对空间智能软体机械臂的动力学建模与控制进行了全面的研究与探讨,为相关领域的研究和应用提供了有益的参考。

1.2 文章结构1.3 目的本文旨在对空间智能软体机械臂的动力学建模和控制进行研究和探讨。

具体目的包括以下几个方面:1.3.1 研究软体机械臂的概述本文将对软体机械臂的概念、特点和应用进行详细阐述,以帮助读者全面了解软体机械臂的基本信息。

1.3.2 进行动力学建模方法的研究软体机械臂在运动过程中存在较大的柔度和变形,因此动力学建模是必不可少的。

空间机器人的研究现状和发展趋势

空间机器人的研究现状和发展趋势

《机器人技术基础》课程论文空间机器人的研究现状和发展趋势学生姓名XXX学生班级材控1105学生学号U******xxx手机号码xxxxxxxxxxxxx华中科技大学材料科学与工程学院空间机器人的研究现状和发展趋势陈松威(华中科技大学材料科学与工程学院武汉430074)摘要:空间机器人既可以代替人类宇航员进行长时间、危险的舱外作业,也可以作为宇航员的工具付诸完成高精度、高可靠度的操作任务。

由于空间机器人的重要作用,可以说拥有先进的宇航作业系统就能占据宇航探索和开发的主导地位。

按照用途的不同,空间机器人可以分为舱内/舱外服务机器人、自由飞行机器人和星球探测机器人3种。

本文结合最新文献对各类对空间机器人的在国际上最新的研究状况进行了详细的分析与介绍,并进行了国内外空间机器人发展的横向对比。

鉴于空间机器人在国外已经获得较好的应用,而在我国目前还处于探索阶段,我国在空间机器人方面的研究亟需奋起直追。

文章最后,结合空间机器人现今各研究方向的最新研究情况,对其发展趋势做出了总结和展望。

关键词:空间机器人;舱内/舱外服务机器人;自由飞行机器人;星球探测机器人1引言(introduction)随着人类对于空间的不断探索,宇航科学与技术这一研究领域变得日益重要。

空间探索已经不再仅仅是具有国家荣誉的象征,它已经成为设计科学发展、未来资源乃至国家安全的重大问题。

尽管载人航天活动已经有几十年的发展历史,但对于人类来说,太空的高辐射、高真空、极端温度和微重力等危险环境因素仍是太空探索的技术难点。

目前,在进行舱外作业时,宇航员必须穿上价格昂贵且厚重的宇航服。

与人类宇航员相比,空间机器人在轨作业系统具有多方面的优越性:它不需要复杂的生命支持系统;适应空间环境;可以长时间工作;可以降低成本;提高空间探索的效率。

空间机器人既可以代替人类宇航员进行长时间、危险的舱外作业,也可以作为宇航员的工具付诸完成高精度、高可靠度的操作任务。

由于空间机器人的重要作用,美国、日本、加拿大、德国等发达国家都在大力度支持不同用途空间机器人的研究。

空间模块化机械臂的碰撞检测方法研究

空间模块化机械臂的碰撞检测方法研究

空间模块化机械臂的碰撞检测方法研究I. 简述随着科技的不断发展,空间模块化机械臂在工业生产、医疗护理、科研实验等领域的应用越来越广泛。

然而由于空间模块化机械臂的结构复杂,其运动过程中可能会发生碰撞,从而导致机械臂损坏甚至人身伤害。

因此研究空间模块化机械臂的碰撞检测方法具有重要的现实意义。

目前针对空间模块化机械臂的碰撞检测方法主要有两种:一种是基于传感器的碰撞检测方法,另一种是基于模型的碰撞检测方法。

基于传感器的碰撞检测方法通过在机械臂上安装各种类型的传感器(如距离传感器、速度传感器等),实时采集机械臂的运动信息,并利用数学模型对这些信息进行处理,以判断机械臂是否发生碰撞。

这种方法的优点是实时性好,但需要大量的传感器和复杂的数学模型;缺点是对环境的适应性较差,容易受到外部因素的影响。

基于模型的碰撞检测方法则通过对机械臂的结构进行建模,利用计算机仿真技术模拟机械臂的运动过程,从而预测可能发生的碰撞。

这种方法的优点是对环境具有较强的适应性,但需要较高的计算能力和复杂的建模技巧;缺点是无法实现实时监控。

本文将对这两种方法进行详细的研究,旨在为空间模块化机械臂的设计、制造和应用提供有效的碰撞检测手段。

A. 研究背景和意义随着科技的不断发展,空间模块化机械臂在工业生产、医疗护理、航空航天等领域的应用越来越广泛。

然而由于机械臂的结构复杂,运动轨迹多变,因此在实际操作过程中,碰撞检测成为了一个重要的问题。

一旦发生碰撞,可能会导致机械臂损坏、设备故障甚至人身伤害等严重后果。

因此研究空间模块化机械臂的碰撞检测方法具有重要的理论和实际意义。

首先研究空间模块化机械臂的碰撞检测方法有助于提高机械臂的安全性能。

通过采用先进的碰撞检测技术,可以在机械臂运动过程中实时监测其周围环境,预测可能发生的碰撞事件,从而采取相应的措施避免或减轻碰撞的影响。

这对于确保机械臂在各种工况下的安全运行具有重要意义。

其次研究空间模块化机械臂的碰撞检测方法有助于提高机械臂的工作效率。

空间柔性机械臂惯性空间混合增广变结构控制算法

空间柔性机械臂惯性空间混合增广变结构控制算法

2 0 1 4年 3月
Ma r .2 01 4
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 4 - 8 4 2 5 ( z ) . 2 0 1 4 . 0 3 . 0 0 9
空 间柔 性 机 械 臂 惯 性 空 间混 合 增 广 变 结构 控 制算 法
Ab s t r a c t:I t i s c o mpl e x t o d e s i g n t h e c o n t r o l l e r o f s p a c e le f x i b l e ma n i p u l a t o r t o t r a c k t h e d e s i r e d e nd —
c o n s i d e ing r t h e u nk n o wn pa r a me t e r s .The n t he a u g me n t e d VSC o f t h e s ys t e m i s d i s c u s s e d t o t r a c k t he
第2 8卷 第 3期
Vo 1 .28 No .3
重 庆 理 工 大 学 学 报 (自然科 学)
J o u r n a l o f C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ( N a t u r a l S c i e n c e )
文 献标 识码 : A 文章 编号 : 1 6 7 4— 8 4 2 5 ( 2 0 1 4 ) o 3— 0 0 4 4— 0 6 中 图分类 号 : T P 2 4 1
Aug me n t e d VSC o f S pa c e Fl e x i b l e Ma n i p ul a t o r t o

空间机械臂

空间机械臂
2021年7月4日,中国航天员刘伯明、汤洪波身着中国自主研制的新一代“飞天”舱外航天服,已先后从天和 核心舱节点舱成功出舱,后续将在机械臂支持下,相互配合开展空间站舱外有关设备组装等作业。
各国发展
1
加拿大
2
德国
3
欧洲
4
日本
5
中国
20世纪70年代美国航天飞机开始研制,1981年航天飞机开始发射升空,航天飞机上携带了一套由加拿大斯巴 宇航公司(SPARAerospace)研制的六自由度机械臂系统,一般称之为航天飞机遥控机械臂系统(SRMS)或是加拿大 机械臂一(Canadarm1)。加拿大机械臂总长度15.2米、直径0.38米,自重410千克,加拿大机械臂最初具备部署 释放或是抓取332.5千克载荷的能力,20世纪90年代中期加拿大机械臂系统升级负荷质量以支持空间站建设工作。
投入使用的太空机械臂中,国际空间站上的“加拿大臂2号”在尺寸和复杂度上堪称第一
1、空间机械臂可以用来实现对于空间静止或移动目标的观察、监视,即通过精度定位或运动,使得机械臂上 所安置的视觉系统能够准确地捕获、跟踪需要观察或监视的目标,对其进行照相或摄像。
2、空间机械臂是在轨维护与建设的支撑性技术。
通过该技术,利用机械臂的定位功能,通过不同形势手爪的使用,完成对于航天器舱内和舱外不同目标的拾 取、搬运、定位和释放。通过在轨自主操作与遥操作相结合的技术,实现空间站或其它轨道器内部的无人情况下 的复杂试验动作;由航天员进行舱内外的抓取、搬运、维修等操作,或者作为航天员或大型构件的支撑,协助航 天员完成在轨建设或维修项目。
长从几米到十几米不等,针对不同任务的需求自由度从5个到10个不等,安装载体有航天飞机、空间站、以及 小型飞行器或空间机器人。它主要完成辅助对接、目标搬运、在轨建设、摄像、对卫星等空间合作或非合作目标 的捕获释放等,此外还可以作为航天员出舱活动的辅助设备。

空间机器人简介

空间机器人简介

空间机器人简介1 空间机器人的定义2 空间机器人的主要任务与特点3 空间机器人的分类4 空间机器人研究现状5 空间机器人的发展趋势1空间机器人的定义空间机器人就是指在太空环境下进行空间作业的机器人,它由机器人的本体及搭载在本体上的机械手组成。

空间机器人学作为一门新兴的学科,涉及到计算机、人工智能、自动控制、无线电通信、传感器融合、人工生命、机械学与力学等多个研究领域。

2空间机器人的主要任务1 空间站的建造,空间机器人可以承担大型空间站中各组成部的运输及部件间的组装等任务。

2 卫星与其她航天器的维护与修理,如失效卫星的回收与其她天器的维护与修理,如失效卫星的回收、零件更换与空间飞行器的资补给等。

3 空间生产与科学实验,利用宇宙空间微重力与高真空的特点生产出地面上难以生产或无法生产的产品。

空间机器人的特点空间机器人工作在微重力,高真空,超低温,强辐射,照明差的环境中,因此,空间机器人与地面机器人的要求也必然不相同,有它自身的特点。

首先空间机器人的体积比较小,重量比较轻,抗干扰能力比较强。

其次,空间机器人的智能程度比较高,功能比较全。

空间机器人消耗的能量要尽可能小,工作寿命要尽可能长,而且由于就是工作在太空这一特殊的环境之下,对它的可靠性要求也比较高。

3空间机器人的分类从20世纪90年代中期以来,国际上正在研制与开发的空间机器人大体上分为三类:舱外活动机器(EVR)、科学有效载荷服务器、行星表面漫游车。

根据不同的划分标准与原则,空间机器人有多种分类方法。

其中按用途的不同空间机器人可以分为舱内/外服务机器人、星球探测机器人与自由飞行机器人3种。

舱内/外服务机器人作为空间站舱内使用的机器人,舱内服务机器人主要用来协助航天员进行舱内科学实验以及空间站的维护。

舱内服务机器人要求质量轻、体积小,且具有足够的灵活性与操作能力。

作为空间站(或者航天飞机)舱外使用的机器人,舱外服务机器人主要用来提供空间在轨服务,包括小型卫星的维护、空间装配、加工与科学实验等。

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•国内外研究概况
美、日、德等发达国家都开展了用于空间 的多传感器手爪的研究工作,其中具有代 表性的是德国宇航中心研制的舱外机器人 ROTEX和日本的ETS-Ⅶ上的多传感器手爪。 在国内方面,中国科学院合肥智能机械研 究所、哈尔滨工业大学以及北京航空航天 大学等多家研究机构都进行了多传感器机 器人手爪的研究。
•德国宇航中心的ROTEX多传感器手爪
❖ 1993年美国哥伦比亚号航天飞机成功地 搭载了德国DLR研制的基于多传感器的小 型空间机器人系统ROTEX。
❖ ROTEX系统配有一个多传感器智能手爪, 手爪上安装了六维腕力传感器、距离觉、 触觉等多种传感器,并配有一对微型摄 像机作为视觉系统。
ROTEX多传感器手爪的ORU实验
A B
T
3.9 多传感器手爪
❖ 目前,开发和利用太空已成为各国高科技和军事发展的 焦点 ,而空间机器人在人类的太空活动中发挥了重要 的作用。
❖ 空间机器人的重要要求就是自身的灵活性和局部自主能 力,而多传感器手爪是提供这些能力的关键部件。
目前,多传感器机器人 手爪已成为国际上研究 的一个热点,研究的问 题主要围绕新型的传感 器和执行器、手爪结构、 传感器集成和信息融合 和控制方法。
ROTEX多传感器手爪
❖ (2)2个面积为32×16平 方毫米,4×8个感应单元 的二进制触觉陈列传感 器。
❖ (3)1个基于应变片测量 的刚性六自由度力/力矩 传感器。
❖ (4)1个基于光电原理柔 性六自由度力/力矩传感 器。
❖ (5)1个微型CCD摄像机。
ROTEX多传感器手爪的控制系统框图
❖ (3)一对夹持力传感器, 通过握力反馈控制执行 3指抓取目标物体。
ARH多传感器手爪
❖ (4)一个六自由度力/力 矩传感器,安装在微型 机器人手臂的腕部,主 要用于微型手臂的力控 制,也用于基于任务知 识库通过模型匹配技术 监视空间任务的执行情 况。
❖ (5)一个柔顺力/力矩传 感器,该传感器比六自 由度力/力矩传感器更 敏感,监视微细作业的 执行。
•空间机器人多传感手爪的特点
❖ 在太空中,手爪必须可靠地抓取和作业,这就 要求机械结构一定要可靠。机器人多指灵巧手 因为缺乏机械的可靠性和实用性,并且存在着 抓取不稳固和控制复杂性的问题,目前并未用 于太空作业中。
❖ 空间机器人为了能够在存在着不确定性的环境 下进行灵巧的操作,其手爪必须具有较强的感 知能力。
SRMS空间机械臂
1975年,加拿大SPAR公司与美国宇航局(NASA) 签署了研制遥控机械臂SRMS(Shuttle Remote Manipulator System,SRMS),后来 以加拿大臂著称。1984年,SRMS正式被用于 协助宇航员进行舱外活动,标志着空间机器 人进入使用阶段。
SRMS空间机械臂
3.8 热敏效应与温度检测
❖ 3.8.1 热电阻 Rt = R0[1+(t-t0)]
❖感温电阻选材原则: 1、电阻温度系数较高,提高灵敏度; 2、在测温范围内化学、物理性能稳定,保证精度; 3、具有良好的输出特性,接近线性关系; 4、具有较高的电阻率,以减小体积; 5、具有良好的可加工性,且价格便宜。
日本技术实验卫星ETS-Ⅶ上的 多传感器手爪
1997年,日本宇宙开发事业团(NASDA〕发射了一颗 用于空间交会对接及空间机器人技术研究的实验卫 星ETS-VII,星上搭载一大一小两个机器人手臂。大 机械臂(ERA)具有六个自由度,长约2.4米,由 NASADA研制。小机械手(ARH)由日本通商产业省 (MITI)研制,长约0.5米,用于精密操作。
ARH在实验卫星ETS-VII上的空间实验
ARH多传感器手爪
❖ 该手爪共配置五种传感 器,具体如下:
❖ (1)三个接近觉测距传 感器,安装在手爪外壳 上,主要用于接近工作 台控制,也用于始终面 对工作台的姿态控制。
❖ (2)一个CCD眼在手上 (Eye-in-Hand)摄像机, 主要用于目标物体的测 定、微细定位及监视。
❖ 硅热电阻的温度特性 500
0 -50 0
50 100 150 200 温度 / C
3.8.4 热电偶
•热电效应(1823年赛贝克发现) 总电势 EAB (T, T0) = TT0 TABdT = EAB (T) – EAB (T0) 其中 TAB为热电势率,与热材料和两接点温度有关。
T0 T0 EAB (T, T0)
❖常用感温材料: 铂、铜、铁、镍、铟、锰、碳
❖ 3.8.2 热敏电阻
金属氧化物+添加剂+陶瓷工艺
电阻温度系数 T = (1/RT)×(dRT/dT)×100% 正温度系数热敏电阻(PTC): BaTiO3+稀土元素
负温度系数热敏电阻(NTC):混合过渡金属氧化物
临界温度系数热敏电阻(CTC):V2O3+Ge、Ni、W、Mn
在轨道上, ROTEX进行了构架 机构的装配、插拔 轨道可更换单元 (ORU,Orbit Replacement Unit) 和捕获漂浮物体等 多个实验。
ROTEX多传感器手爪
❖ 手爪上安装有多种传 感器,其上的传感器 配置如下:
❖ (1)9个激光测距传感 器,其中一个中距离 扫描测距传感器,其 测距范围为3~35mm, 其余8个短距离测距 传感器的测距范围为 0~30mm,它们均匀地 安装在2个手指指尖 部位。
NTC热敏电阻、PTC热敏电阻和 CTR热敏电阻的典型电阻-温度特性曲线
3.8.3 半导体热敏电阻
❖ 半导体电阻率
3000 电 阻
❖ = 1/(nqn+pqp) 2500 值
❖ n为电子浓度;
❖ p为空穴浓度;
2000
❖ n为电子迁移率; ❖ p为空穴迁移率;
1500
❖ q为电子的电量。
1000
ARH多传感器手爪测量和控制的基本策略
❖ (1)机器人用接近距离传感器,或手眼摄像机,或者这两 种传感器,来搜索目标物体。
❖ (2)用非接触传感器来确定物体的精确位置或大小。例 如,用接近觉传感器来测量到任务板的距离,当三只传 感器的距离值相等时,就可以获得垂直于任务面板的本 地坐标系。接着利用手眼摄像机所获得的任务面板上 标志的图像,机器人就可以设定本地坐标系,并把它作 为手臂相对导航的精密参考点。通过对手眼摄像机所 获得的图像进行处理,机器人还可以分辨目标的大小。
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