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空间机械臂操作子系统设计与实现

邱新安 马动涛 田立成 胡玉茜 吴志红 曾政菻 魏志明 段福伟 肖强 马洪炯 施维

邱新安, 马动涛, 田立成, 胡玉茜, 吴志红, 曾政菻, 魏志明, 段福伟, 肖强, 马洪炯, 施维. 空间机械臂操作子系统设计与实现[J]. 空间科学学报, 2024, 44(5): 939-947. doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0081
引用本文: 邱新安, 马动涛, 田立成, 胡玉茜, 吴志红, 曾政菻, 魏志明, 段福伟, 肖强, 马洪炯, 施维. 空间机械臂操作子系统设计与实现[J]. 空间科学学报, 2024, 44(5): 939-947. doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0081
QIU Xin’an, MA Dongtao, TIAN Licheng, HU Yuqian, WU Zhihong, ZENG Zhenglin, WEI Zhiming, DUAN Fuwei, XIAO Qiang, MA Hongjiong, SHI Wei. Design and Implementation of Space Manipulator Operating Subsystem (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(5): 939-947 doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0081
Citation: QIU Xin’an, MA Dongtao, TIAN Licheng, HU Yuqian, WU Zhihong, ZENG Zhenglin, WEI Zhiming, DUAN Fuwei, XIAO Qiang, MA Hongjiong, SHI Wei. Design and Implementation of Space Manipulator Operating Subsystem (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, 2024, 44(5): 939-947 doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0081

空间机械臂操作子系统设计与实现

doi: 10.11728/cjss2024.05.2023-0081 cstr: 32142.14.cjss2024.05.2023-0081
详细信息
    作者简介:
    • 邱新安 男, 1988年12月出生于河南省信阳市, 现为中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所高级工程师, 主要研究方向为空间机械臂遥操作设计、空间人机交互技术等.E-mail: qiuxinan510@163.com
    通讯作者:
    • 马动涛 男, 1976年10月出生于甘肃省兰州市, 现为中国空间技术研究院兰州空间技术物理研究所研究员, 主要研究方向为空间机械臂系统遥操作设计、空间结构与控制技术等. E-mail: madongtao@sina.com
  • 中图分类号: TP24

Design and Implementation of Space Manipulator Operating Subsystem

  • 摘要: 空间机械臂作为中国空间站建设和在轨运营的重要平台, 具有自由度多、转动惯量大、操作精度高、模式多样等特点. 针对空间机械臂在轨任务特点, 建立了支持长期在轨、多模式工作的空间机械臂操作子系统. 该操作子系统由机械臂操作台、虚拟仿真平台、显示器等构成, 可满足多任务需求. 通过对操作子系统的架构、工作模式、技术特点的分析, 重点研究了操作子系统的多总线体系结构、多模态人机交互技术、力觉渲染算法, 并根据地面验证和在轨试验, 给出了空间机械臂操作子系统的验证情况. 结果表明, 空间机械臂操作子系统可有效模拟在轨任务, 准确完成对机械臂的控制与精细操作, 为支撑空间机械臂任务实施积累了经验和数据.

     

  • 图  1  空间机械臂操作子系统组成结构

    Figure  1.  Block diagram of the subsystem

    图  2  操作子系统的多总线体系结构

    Figure  2.  Multi-bus architecture of the subsystem

    图  3  操作子系统的数据交互流程

    Figure  3.  Data interaction flowchart of the subsystem

    图  4  力觉交互手柄三维模型

    Figure  4.  3D model of the handle

    图  5  手柄简化机构模型与参数

    Figure  5.  Simplified institutional model and parameters of the handle

    图  6  手柄力的控制

    Figure  6.  Force control block diagram of the handle

    图  7  空间机械臂操控子系统地面验证试验

    Figure  7.  Ground-based verification tests of space manipulator operating subsystem

    图  8  手柄末端力监测结果

    Figure  8.  Monitoring of the end of the handle force

    图  9  关节运动过程数据

    Figure  9.  Data on the course of joint movement

    图  10  航天员通过机械臂操作台操控机械臂

    Figure  10.  Astronaut controls the space manipulator through the manipulator operator station

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-08-07
  • 修回日期:  2024-01-26
  • 网络出版日期:  2024-08-01

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