漂浮基刚-柔协作多臂空间机器人动力学与协调控制方法研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61903215
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0309.机器人学与智能系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The rigid-flexible cooperative multi-arm space robot combining the traditional articulated arm and the new continuum arm realizes the "hardness with softness" and greatly enhances the space robot's on-orbit service capability, which is an important development direction of the space robot. However, compared with the traditional multi-arm space robot, the rigid-flexible cooperative multi-arm space robot system is more complicated, and the coordination control between the articulated arm and the continuum arm is more difficult, which leads to the need to improve the relevant theory. Aiming at the complex dynamic description and coordination control problems of the coordinated maneuvering target of the articulated manipulator and the continuous manipulator in the orbit under the coupling of the floating base, this project intends to carry out research including: the coupling dynamics and coupling characteristics of the rigid-flexible cooperative multi-arm system, rigid-flexible cooperative multi-arm coordinated motion and control method under multi-constraint conditions, and rigid-flexible cooperative multi-arm system stable coordinated control method under closed-chain constraints. The subject aims to make breakthroughs in the complex dynamics description and coupling mechanism of various types of manipulator coexistence systems, and the coordination planning and control theory between different manipulators under dynamic tight coupling constraints, to provide theoretical support for rigid-flexible cooperative multi-arm space robots in orbit applications. The research results of the subject have important theoretical and practical significance for complex orbital service tasks such as complex spacecraft maintenance, on-orbit assembly, and rail garbage cleaning.
融合传统关节型机械臂和新型连续体机械臂的刚-柔协作多臂空间机器人实现“刚柔并济”,大大增强空间机器人在轨服务能力,是空间机器人重要发展方向。但相比于传统多臂空间机器人,刚-柔协作多臂空间机器人系统更加复杂,关节型机械臂与连续体机械臂之间协调控制难度更大,相关理论亟待完善。针对漂浮基耦合约束下关节型机械臂与连续型机械臂在轨协调操控目标面临的复杂动力学描述及协调控制难题,本课题拟开展刚-柔协作多臂系统耦合动力学与耦合特性、多约束条件下刚-柔协作多臂协调运动与控制方法、闭链约束下刚-柔协作多臂系统稳定协调控制方法等方面的研究。课题旨在多种类型机械臂共存系统复杂动力学描述与耦合机理、动力学紧耦合约束下不同特性机械臂之间协调规划与控制理论方面取得突破,为刚-柔协作多臂空间机器人在轨应用提供理论支撑。课题研究成果对复杂航天器维护、在轨装配、轨道垃圾清理等复杂在轨服务任务,具有重要的理论和实际意义。

结项摘要

融合传统关节型机械臂和新型连续体机械臂的刚-柔协作多臂空间机器人实现“刚柔并济”,大大增强空间机器人在轨服务能力,是空间机器人重要发展方向。但相比于传统多臂空间机器人,刚-柔协作多臂空间机器人系统更加复杂,关节型机械臂与连续体机械臂之间协调控制难度更大,相关理论亟待完善。本课题针对漂浮基耦合约束下关节型机械臂与连续型机械臂在轨协调操控目标面临的复杂动力学描述及协调控制难题,开展研究并取得一定研究成果,包括:(a)建立了自由漂浮模式下刚柔协作双臂空间机器人系统的运动学和动力学模型,为动力学特性分析及规划控制提供基础。(b)建立了连续型空间机械臂系统的虚拟机械臂和基座质心等效机械臂模型。对刚柔协作双臂空间机器人系统开展了动力学耦合建模,并从机械臂安装方式、机械臂构型和机械臂类型三个方面深入地分析了双臂对漂浮基座的动力学耦合影响,为系统的设计和规划提供了理论基础。(c)提出了一种基于任务优先级的双臂协同规划方法,实现刚柔双臂同时运动完成目标捕获任务,以减少漂浮基座所受到的耦合扰动影响。(d)建立了闭链约束下刚-柔协作多臂空间机器人系统动力学方程,并提出基于振动波传递原理的振动抑制方法,实现基座姿态调整的同时消除系统大幅振动。. 课题研究成果对复杂航天器维护、在轨装配、轨道垃圾清理等复杂在轨服务任务,具有重要的理论和实际意义。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(3)
Hybrid rigid-continuum dual-arm space robots: Modeling, coupling analysis, and coordinated motion planning
混合刚性连续体双臂空间机器人:建模、耦合分析和协调运动规划
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2021.106861
  • 发表时间:
    2021-06-15
  • 期刊:
    AEROSPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Ouyang, Xiangkai;Meng, Deshan;Ding, Ning
  • 通讯作者:
    Ding, Ning
Modeling and Experimental Verification of a Cable-Constrained Synchronous Rotating Mechanism Considering Friction Effect
考虑摩擦效应的索约束同步旋转机构建模与实验验证
  • DOI:
    10.1109/lra.2020.3007418
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    IEEE Robotics and Automation Letters
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Li Yanan;Liu Yu;Meng Deshan;Wang Xueqian;Liang Bin
  • 通讯作者:
    Liang Bin
Bioinspired Spiral Soft Pneumatic Actuator and Its Characterization
仿生螺旋软式气动执行机构及其表征
  • DOI:
    10.1007/s42235-021-00075-y
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Journal of Bionic Engineering
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Zhiyuan Zhang;Xueqian Wang;Deshan Meng;Bin Liang
  • 通讯作者:
    Bin Liang
An Overall Configuration Planning Method of Continuum Hyper-Redundant Manipulators Based on Improved Artificial Potential Field Method
基于改进人工势场法的连续超冗余机械臂总体配置规划方法
  • DOI:
    10.1109/lra.2021.3067310
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Tian, Yu;Zhu, Xiaojun;Liang, Bin
  • 通讯作者:
    Liang, Bin
Design and Modeling of a Parallel-Pipe-Crawling Pneumatic Soft Robot
平行管爬行气动软体机器人的设计与建模
  • DOI:
    10.1109/access.2019.2941502
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhiyuan Zhang;Xueqian Wang;Songtao Wang;Deshan Meng;Bin Liang
  • 通讯作者:
    Bin Liang

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其他文献

空间机器人在轨更换ORU的力/位混合控制方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
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基于头部碰撞等效模型的柔性关节机械臂安全构型优化
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    2017
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    梁建
基于粒子群优化的刚柔混合机械臂振动抑制规划
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  • 通讯作者:
    孟得山
空间机器人一体化仿真系统的研究与实现
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孟得山
自由漂浮空间机器人捕获目标的协调控制
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐文福;孟得山;徐超;梁斌
  • 通讯作者:
    梁斌

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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