Predictive Display Control for Space Teleoperation System

天地遥操作将人的智慧延伸至太空，是空间机器人重要的操控手段之一。未来遥操作在轨服务主要包括设备状态检查、试验照料和维修维护等三类任务。由于受现有技术水平的限制，在很长一段时间内将难以研制出在非结构、复杂的空间环境中能够完全自主的空间机器人。因此仅靠空间机器人自身来完成复杂任务，不仅事实上非常困难，而且也存在巨大的安全隐患。此外，与空间站不同，在轨服务卫星是一种无人值守的航天器，不支持航天员现场作业或者在轨遥操作的方式完成任务。因此，可以发挥地面操作人员和空间机器人双方的优势，实现人机协调的天地遥操作是目前及将来很长一段时间内完成在轨服务卫星作业任务的唯一技术手段。然而在遥操作空间机器人过程中，天地通讯存在较大的时延，严重影响了系统的稳定性、透明性和操作性。因此，时延问题已成为影响空间遥操作机器人系统性能的最重要问题。 本文在分析了现有遥操作控制技术和理论的基础上，针对空间遥操作系统的大时变时延和预测显示控制方法展开了深入研究。主要研究内容包括对时延的分析和建模，以及在此基础上提出的基于预测显示的控制方法。 首先，分析天地回路时延产生因素，将各环节的时延从产生机理进行归类，采用统计学理论分析各类时延分布规律，提出分类时延到总体时延的积聚模型；并提出无源-滤波的时延环节稳定性控制方法和基于时间戳预测与PD控制器相结合的方法，对时延进行管理控制，解决时延的稳定和抖动问题。 其次，针对非接触作业任务，开展基于运动学仿真的预测显示控制方法研究。第一，提出一种避免求解雅可比矩阵伪逆的逆运动学优化算法，解决冗余机械臂的逆运动学问题；第二，提出一种多目标约束优化问题表征与求解方法，解决仿真过程中的关节空间多目标轨迹优化问题；第三，提出基于运动学仿真的预测显示控制遥操作系统框架，保证系统的稳定性与透明度。 然后，针对接触作业任务，开展基于动力学仿真的预测显示控制方法研究。提出接触目标和抓取目标动力学模型参数在线辨识方法，解决在线修正虚拟环境的几何参数和动力学参数问题。此外，提出一种对建模误差具有鲁棒性的稳定性控制算法保证系统稳定性。 最后，对天地遥操作系统地面仿真平台与实验展开研究。搭建了基于虚拟现实的天地遥操作地面仿真平台；并且，基于该平台开展实验研究，实验结果表明本文相关研究方法的有效性。 本文的工作丰富了天地遥操作系统的研究内容，针对天地遥操作系统目前存在的大时延问题提出了基于预测显示的控制方法，为后续的研究提供了理论基础和技术保障。研究成果可直接服务于中国未来空间站实验舱的科学实验和空间在轨服务，有助于我国空间技术的进步

侵入式光纤照相法测量气泡尺寸分布

基于光纤内窥镜技术构建了以光纤内窥镜、图像采集系统和照明系统组成的侵入式照相装置,测量了由微气泡发生器和两种不同孔径的膜管产生的气泡的尺寸分布,并与取样照相法进行了比较.结果表明,3种气泡生成装置产生的气泡直径在50～2000&mu;m;对50～200&mu;m气泡两种方法的测量结果相差不大,200～2000&mu;m的微气泡取样照相法测量值比侵入式照相法高,可能是因为取样时大气泡易发生聚并和破碎.侵入式照相法能较准确测量较宽的气泡尺寸,适用于在线测量气液体系中分布较宽的气泡尺寸动态分布,也可用于其他测量方法及数值模拟方法的验证.</p

两种保护剂对C离子诱导小鼠急性肝损伤的应答；Response of Two Protective Agents to Acute Injury Induced by ~(12)C~(6+) Ions in Mouse Liver

比较了N-乙酰半胱氨酸(NAC)及乙酰左旋肉毒碱(ALCAR)对12C6+离子照射小鼠的损伤效应,并探讨了其可能的作用机制。利用4Gy剂量的12C6+离子束对预先给予NAC(100mg/kg)和ALCAR(100mg/kg)保护的昆明小鼠进行单次全身照射。随后检测肝组织中总抗氧化能力(TAC)、DNA单链断裂和细胞凋亡率。结果显示,与照射对照组相比,提前给予NAC和ALCAR均极显著地增强了肝组织的抗氧化能力(P<0.001),减轻了12C6+离子导致的肝组织中DNA断裂(P<0.001)和细胞凋亡(P<0.001)。此外,还发现ALCAR组抗重离子辐照损伤的能力显著地高于NAC组(P<0.05)。实验结果提示了NAC和ALCAR可通过抵御组织内的氧化胁迫,阻止DNA链的断裂和细胞的凋亡,实现对C离子辐照损伤的保护效应。而且ALCAR比NAC可能更适合成为有潜力、有希望的抗C重离子辐射药物

A Geometrical Method for Inverse Kinematics of a Kind of Humanoid Manipulator

运用几何方法求解一种具有7个旋转自由度的仿人机械臂的运动学逆解,并运用特定的寻优指标,搜索与指定末端位姿对应的关节角空间最优解.这种解法没有理论误差并且解算速度足够快,有利于在线实时控制机械臂的运动

Numerical Study on Seepage Field in Coalbed With Cavity Well

提出了煤层气井洞穴完井的物理模型,将完井洞穴看成一个在煤层气井井底附近渗透率远大于外区煤层的高渗区域,并假定该区域中的流体流动仍然符合Darcy流动。在此基础上建立了煤层气井洞穴完井的渗流数学模型,通过有限元求解方法得到了洞穴完井煤层气井在圆形煤层和任意四边形煤层中的渗流场分布。为了与裸眼完井煤层气井的渗流场进行对比,模拟了圆形存在一口洞穴完井煤层气井和一口裸眼完井煤层气井及一口洞穴完井煤层气井和两口裸眼完井井的渗流场,明显看出了洞穴完井煤层气井渗流场与常规裸眼完井井的差异。该研究成果对更好地了解洞穴完井煤层气井的流体流动规律及压力分布状态有积极的意义

Generalized Predictive Control for Space Teleoperation Systems Based on Time Delay Prediction

针对导致遥操作系统性能下降甚至不稳定的时变大时延问题,提出一种基于在线时延预测的广义预测控制(GPC)方法。鉴于空间遥操作系统一般由多自由度主、从端构成,而且环境模型未知,则在主端以一种基于稀疏矩阵的核非线性回归方法设计时延预测器,同时将多自由度从端机械臂的非线性动力学模型线性化,根据预测的时延设计GPC,使系统稳定并且满足位置和速度跟踪性能要求。在从端,通过设计非线性补偿器以补偿从端的非线性部分。仿真取得有效结果

A can measure the output torque of flexible transmission device

本发明涉及一种传动装置，具体地说一种能够测量输出扭矩的柔性传动装置。包括扭矩传感器、定子、动子及柔性连接件，其中扭矩传感器通过轴承与动子转动连接，所述定子设置于动子的外侧、并与扭矩传感器固联，所述定子通过柔性连接件与动子连接，所述柔性连接件为拉簧。本发明可以根据实际需求改变拉簧的刚度和数量，可以在不改变机械结构外形和尺寸的条件下改变柔性传动部件刚度，具有良好的适配性