超级军网我国军用，民用，航空，航天机器人应用及研究一瞥
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/02 01:59:17
推进剂加注是火箭发射前的重要环节．加泄连接器的对接与脱离既是加注中的高危险环节，又是实现加注过程自动化需解决的首要问题．目前，航天强国对推进剂加注自动化的研究非常重视，对加注过程中的关键环节——自动对接与脱离更是投入大量人力物力进行长期攻关．俄罗斯、美国、法国、日本等国都在积极研制应用于推进剂加注环境的对接与脱离自动化装备（已经在航天发射场中取得了一定的应用），并形成了两种截然不同的研究方向——以俄罗斯为代表的“架栖”对接技术（即对接机构通过滑轨安装在发射塔架上）和以美国为代表的“箭栖”对接技术（以火箭箭体为安装基架）．“架栖”对接虽然具有对接及脱离简便可靠、操作时间短的优点，并具有脱离后再对接的功能，但其核心属于刚性装配技术，不可避免地存在环境适应性差、对箭体吊装和安放等配套环节要求高、装置本身体积庞大等不足之处 [1]．“箭栖”对接避免了对接和加注过程中由于箭体晃动所产生的对中及随动难题 ．自动对接装置体积小巧，结构紧凑，对接的可靠性高，但使用前需要人工先将对接装置安装在箭体上，这就造成一旦对接装置与箭体脱离则无法实现自动再对接．
目前，我国的运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离工作仍采用传统的人工方式．航天科技集团一院十五所在国内较早地开展了自动对接技术的研究，对低温对接连接器自动跟踪对接系统进行了预研，从理论基础方面对运载火箭加注自动对接与脱离系统的研制进行了有益的探索 ．我们已研制成功能够实现自动对接与脱离的工程样机，现正在进行与真实火箭的合练．它可通过箭体加注口周围的 4 个螺钉孔实现对接机构与箭体活门的相对连接固定，有近控和远控两种操作方式，能够自动完成所需的对接与撤收动作，采用可变刚度柔顺设计，实现了柔顺对接及应对大漏泄等意外情况的快速再对接，解决了推进剂加注过程中最危险环节的自动化操作问题．本文基于我国火箭及发射架的结构特点，结合俄罗斯的“架栖”和美国的“箭栖”技术，针对我国火箭箭体的自身结构，提出“箭架两栖”对接技术，目的是实现火箭升空前加泄连接器与火箭活门的自动对接与分离．本文以目前的“长二丁”火箭为使用对象，研究在不改变现有箭体结构的情况下加泄连接器的自动对接与脱离技术
本文设计了一种智能型机器人本体，将其应用于火箭加注前的自动对接与脱离工作，采用机器人替代人工完成现场高危作业，避免了人与危险环节的直接接触，增强了加注过程的可靠性和意外事件应对能力．
目前，我国的运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离工作仍采用传统的人工方式．航天科技集团一院十五所在国内较早地开展了自动对接技术的研究，对低温对接连接器自动跟踪对接系统进行了预研，从理论基础方面对运载火箭加注自动对接与脱离系统的研制进行了有益的探索 ．我们已研制成功能够实现自动对接与脱离的工程样机，现正在进行与真实火箭的合练．它可通过箭体加注口周围的 4 个螺钉孔实现对接机构与箭体活门的相对连接固定，有近控和远控两种操作方式，能够自动完成所需的对接与撤收动作，采用可变刚度柔顺设计，实现了柔顺对接及应对大漏泄等意外情况的快速再对接，解决了推进剂加注过程中最危险环节的自动化操作问题．本文基于我国火箭及发射架的结构特点，结合俄罗斯的“架栖”和美国的“箭栖”技术，针对我国火箭箭体的自身结构，提出“箭架两栖”对接技术，目的是实现火箭升空前加泄连接器与火箭活门的自动对接与分离．本文以目前的“长二丁”火箭为使用对象，研究在不改变现有箭体结构的情况下加泄连接器的自动对接与脱离技术
本文设计了一种智能型机器人本体，将其应用于火箭加注前的自动对接与脱离工作，采用机器人替代人工完成现场高危作业，避免了人与危险环节的直接接触，增强了加注过程的可靠性和意外事件应对能力．
目前，我国的运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离工作仍采用传统的人工方式．航天科技集团一院十五所在国内较早地开展了自动对接技术的研究，对低温对接连接器自动跟踪对接系统进行了预研，从理论基础方面对运载火箭加注自动对接与脱离系统的研制进行了有益的探索 ．我们已研制成功能够实现自动对接与脱离的工程样机，现正在进行与真实火箭的合练．它可通过箭体加注口周围的 4 个螺钉孔实现对接机构与箭体活门的相对连接固定，有近控和远控两种操作方式，能够自动完成所需的对接与撤收动作，采用可变刚度柔顺设计，实现了柔顺对接及应对大漏泄等意外情况的快速再对接，解决了推进剂加注过程中最危险环节的自动化操作问题．本文基于我国火箭及发射架的结构特点，结合俄罗斯的“架栖”和美国的“箭栖”技术，针对我国火箭箭体的自身结构，提出“箭架两栖”对接技术，目的是实现火箭升空前加泄连接器与火箭活门的自动对接与分离．本文以目前的“长二丁”火箭为使用对象，研究在不改变现有箭体结构的情况下加泄连接器的自动对接与脱离技术
本文设计了一种智能型机器人本体，将其应用于火箭加注前的自动对接与脱离工作，采用机器人替代人工完成现场高危作业，避免了人与危险环节的直接接触，增强了加注过程的可靠性和意外事件应对能力．
目前，我国的运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离工作仍采用传统的人工方式．航天科技集团一院十五所在国内较早地开展了自动对接技术的研究，对低温对接连接器自动跟踪对接系统进行了预研，从理论基础方面对运载火箭加注自动对接与脱离系统的研制进行了有益的探索 ．我们已研制成功能够实现自动对接与脱离的工程样机，现正在进行与真实火箭的合练．它可通过箭体加注口周围的 4 个螺钉孔实现对接机构与箭体活门的相对连接固定，有近控和远控两种操作方式，能够自动完成所需的对接与撤收动作，采用可变刚度柔顺设计，实现了柔顺对接及应对大漏泄等意外情况的快速再对接，解决了推进剂加注过程中最危险环节的自动化操作问题．本文基于我国火箭及发射架的结构特点，结合俄罗斯的“架栖”和美国的“箭栖”技术，针对我国火箭箭体的自身结构，提出“箭架两栖”对接技术，目的是实现火箭升空前加泄连接器与火箭活门的自动对接与分离．本文以目前的“长二丁”火箭为使用对象，研究在不改变现有箭体结构的情况下加泄连接器的自动对接与脱离技术
本文设计了一种智能型机器人本体，将其应用于火箭加注前的自动对接与脱离工作，采用机器人替代人工完成现场高危作业，避免了人与危险环节的直接接触，增强了加注过程的可靠性和意外事件应对能力．
以侦察、反恐防暴等危险作业为应用背景，对移动机器人提出了许多特殊的要求，如质量、体积、速度和能耗等。在此，为机器人提出以下具体设计
要求。
(1)在远距离平坦路面运动情况下，要求机器人具有较高的运动速度和较低的能耗。
(2)在松软、沼泽、不平坦地形、陡峭的斜面等自然环境中保持基本的穿越能力。
(3)能够越过台阶、楼梯等室内结构化环境中经常遇到的障碍。
4)能够实现在狭窄的空间转弯、旋转等功能。
(5质量轻、体积小、运动灵活。
(6)在车体发生翻倒时具有自动复位功能
(7)具有遥控半自主的操作功能，控制系统要求具有体积小、可靠性高、实时性好的特点。
提出了一种适应室内外结构、非结构化环境的小型轮履复合型移动机器人，研究了机构和控制系统的设计与实现，并对其运动特性进行了分析。目前，已完成了该机器人的机械装配与控制系统设计，并且进行了轮式运动的前进、后退、转弯试验以及爬越台阶、斜面、楼梯等越障试验。实现的主要技术性能指标如下表所示。图9为机器人在爬越楼梯时的试验情况。通过试验可以看出，机器人具有不同的运动模式和良好的运动特性。控制系统满足机器人对半自主导航及遥操作的要求。可以实现在城区、建筑物内和野外非结构环境的快速行驶和越障运动。与同等大小的其他类型机器人相比，具有质量轻、体积小、结构紧凑、越障方式灵活等特点。这种移动机器人平台可用于军事侦察、探测、警戒、巡逻或公安、武警系统解决突发事件，有着广泛的应用前景。
要求。
(1)在远距离平坦路面运动情况下，要求机器人具有较高的运动速度和较低的能耗。
(2)在松软、沼泽、不平坦地形、陡峭的斜面等自然环境中保持基本的穿越能力。
(3)能够越过台阶、楼梯等室内结构化环境中经常遇到的障碍。
4)能够实现在狭窄的空间转弯、旋转等功能。
(5质量轻、体积小、运动灵活。
(6)在车体发生翻倒时具有自动复位功能
(7)具有遥控半自主的操作功能，控制系统要求具有体积小、可靠性高、实时性好的特点。
提出了一种适应室内外结构、非结构化环境的小型轮履复合型移动机器人，研究了机构和控制系统的设计与实现，并对其运动特性进行了分析。目前，已完成了该机器人的机械装配与控制系统设计，并且进行了轮式运动的前进、后退、转弯试验以及爬越台阶、斜面、楼梯等越障试验。实现的主要技术性能指标如下表所示。图9为机器人在爬越楼梯时的试验情况。通过试验可以看出，机器人具有不同的运动模式和良好的运动特性。控制系统满足机器人对半自主导航及遥操作的要求。可以实现在城区、建筑物内和野外非结构环境的快速行驶和越障运动。与同等大小的其他类型机器人相比，具有质量轻、体积小、结构紧凑、越障方式灵活等特点。这种移动机器人平台可用于军事侦察、探测、警戒、巡逻或公安、武警系统解决突发事件，有着广泛的应用前景。
狭窄区域的侦察和探测在军用和民用领域都有较大的应用需求．是近年来机器人研究的热点之一。微小型机器人的自主导航是实现自主侦察的关键。由于微小型机器人体积小，运算能力和通信能力都受到了限制．实现微小型机器人的自主导航是一个难题。美国明尼苏达大学的D．F．Hougen等“1研制了一系列用于侦察的“Scout”微小型机器人，第一代“Scout”机器人采用了视觉伺服的方法实现自主导航，通过异
地计算机进行视觉信息处理，控制机器人运动，但由于图像传输和通信能力有限，机器人的运动实时性较差；第二代“scout”利用不同传感器的感知信息方法实现自主导航，但由于借助于不同的传感器实现不同的自主行为，而传感器信息未能有效地融合，使自主导航效果受到影响。
本研究的主要目的是通过多种微小型传感器的信息融合，实现微小型机器人的自主侦察。为了满足狭窄空间和大面积探测的需要．微小型机器人一般通过投掷、发射等多种部署方式进行侦察。
本文研究的微小型自主侦察机器人BMS一1主要适用于手掷。
在机器人的避障、往隐蔽处躲避等自主行为的实验中，避障效果最好，机器人能够及时避开静态或动态障碍物。往隐蔽处躲避的实验结果与机器人初始位姿和实验环境有关系。
通过上述工作能得出以下结论：首先，弹式结构的两轮机器人体积小，适于在室内狭窄区域侦察；其次，微小型机器人通过合理的控制系统设计和传感器配置．具有一定的自主侦察能力。
地计算机进行视觉信息处理，控制机器人运动，但由于图像传输和通信能力有限，机器人的运动实时性较差；第二代“scout”利用不同传感器的感知信息方法实现自主导航，但由于借助于不同的传感器实现不同的自主行为，而传感器信息未能有效地融合，使自主导航效果受到影响。
本研究的主要目的是通过多种微小型传感器的信息融合，实现微小型机器人的自主侦察。为了满足狭窄空间和大面积探测的需要．微小型机器人一般通过投掷、发射等多种部署方式进行侦察。
本文研究的微小型自主侦察机器人BMS一1主要适用于手掷。
在机器人的避障、往隐蔽处躲避等自主行为的实验中，避障效果最好，机器人能够及时避开静态或动态障碍物。往隐蔽处躲避的实验结果与机器人初始位姿和实验环境有关系。
通过上述工作能得出以下结论：首先，弹式结构的两轮机器人体积小，适于在室内狭窄区域侦察；其次，微小型机器人通过合理的控制系统设计和传感器配置．具有一定的自主侦察能力。
随着科技的发展以及机器人应用领域的扩大，人们对机器人技术提出了更高的要求，希望机器人具有更高的智能和更强的环境适应能力．利用视觉系统引导的手眼系统是机器人智能化的一个重要方面，其主要任务是执行伸手抓取操作．仿人机器人工作于人类生活的非结构化环境中，通常需要寻找并靠近物体，再执行伸手抓取操作．仿人机器人脚步移动时，手臂和本体都需要控制，以保持相应的姿态和本体的稳定．在这个过程中，头部和手臂关节原点都会变动，标定的参数在机器人移动之后也会发生变化，因此很难标定手眼系统的所有参数．目前尚未看到关于仿人机器人移动之后执行伸手抓取操作的研究文献．
人类伸手抓取操作是基于视觉前馈控制和视觉反馈控制的联合作业，视觉前馈可以使人手迅速接近目标物体，视觉反馈控制在增加系统精度和补偿弱标定模型方面作用很大．为此，作者提出了联合视觉前馈和视觉反馈的视觉伺服控制策略．BHR-02型仿人机器人执行伸手抓取操作的视觉伺服过程被分成5步：搜索、接近目标、粗对准、精对准和抓取．在粗对准开始阶段，利用基于表格的逆运动学算法，采用视觉前馈信息控制手臂快速靠近目标物体．当视觉系统可以同时看到物体和手上的色标时，采用基于位置的视觉反馈伺服算法来执行高精度的对准．
BHR-02型(北理工2号）仿人机器人 系统构成，高度为160 cm，质量为63 kg，共有32个自由度．每只胳膊有6个自由度，每只手有3个自由度，每条腿有6个自由度，头部有2个自由度．BHR一02可以平稳而协调地行走,立体视觉系统安装在具有2自由度的可以左右和上下转动的机器人头上，使用SVS摄像机，采样频率为15 f／s．原始图像的大小为640×480像素．BHR一02系统采用STH—MDl(MEGA—D)立体摄像头，其基线为9 cm，焦距为3．6 mm．STH—MDl的距离分辨率随距离增大变差，在1 m的范围内距离分辨误差为2 mm，在3 m距离时误差约为5 mm．
人类伸手抓取操作是基于视觉前馈控制和视觉反馈控制的联合作业，视觉前馈可以使人手迅速接近目标物体，视觉反馈控制在增加系统精度和补偿弱标定模型方面作用很大．为此，作者提出了联合视觉前馈和视觉反馈的视觉伺服控制策略．BHR-02型仿人机器人执行伸手抓取操作的视觉伺服过程被分成5步：搜索、接近目标、粗对准、精对准和抓取．在粗对准开始阶段，利用基于表格的逆运动学算法，采用视觉前馈信息控制手臂快速靠近目标物体．当视觉系统可以同时看到物体和手上的色标时，采用基于位置的视觉反馈伺服算法来执行高精度的对准．
BHR-02型(北理工2号）仿人机器人 系统构成，高度为160 cm，质量为63 kg，共有32个自由度．每只胳膊有6个自由度，每只手有3个自由度，每条腿有6个自由度，头部有2个自由度．BHR一02可以平稳而协调地行走,立体视觉系统安装在具有2自由度的可以左右和上下转动的机器人头上，使用SVS摄像机，采样频率为15 f／s．原始图像的大小为640×480像素．BHR一02系统采用STH—MDl(MEGA—D)立体摄像头，其基线为9 cm，焦距为3．6 mm．STH—MDl的距离分辨率随距离增大变差，在1 m的范围内距离分辨误差为2 mm，在3 m距离时误差约为5 mm．
为实现四足机器人稳定的节律性行走，研究基于中枢神经模式发生器(Central pattern generator,CPG)的比例步态控制方式。构建互抑神经元组成的振荡器模型，并基于振荡器模型组建四足机器人髋关节CPG网络。通过仿真研究得到模型各参数与CPG网络输出特性之间的关系，确定一套整定后CPG网络的模型参数，提出四足机器人比例步态，通过CPG模型阈值的调整可实现不同占空比的步态。对基于CPG网络的步态反射特性进行分析。试验表明，该方法可实现稳定的四足机器人行走，且具备一定的障碍物反射
为了试验CPG控制体系，本文搭建了轮足复合式四足机器入平台。系统采用图10所示三级控制当机器人行进过程有障碍物时，不宜采用3／4占空比步态，因为3／4属于临界占空比易倾覆。故采用占空比为5／6的比例步态进行试验，且在机器人前方落足点地面上人为放置二块红砖障碍物，在对障碍高度未预知的情况下，机器人左后腿踏上障碍后稍顿，然后系统自动起振，依原4．1．3．2步态
行走，跨离障碍物后，左后腿平稳着地。，可见CPG网络输出可自主适应环境的扰动。能力，具有较好的环境适应性。
为了试验CPG控制体系，本文搭建了轮足复合式四足机器入平台。系统采用图10所示三级控制当机器人行进过程有障碍物时，不宜采用3／4占空比步态，因为3／4属于临界占空比易倾覆。故采用占空比为5／6的比例步态进行试验，且在机器人前方落足点地面上人为放置二块红砖障碍物，在对障碍高度未预知的情况下，机器人左后腿踏上障碍后稍顿，然后系统自动起振，依原4．1．3．2步态
行走，跨离障碍物后，左后腿平稳着地。，可见CPG网络输出可自主适应环境的扰动。能力，具有较好的环境适应性。
为使机器人行走机构既能被动地适应崎岖的非结构地形，又能克服台阶、沟道等规则障碍，将履带行走机构引入摇杆式移动系统中． 结合煤矿井下非结构的地形环境与爆炸性气体环境，提出了一种采用对称的 W 形履带悬架的摇杆式履带机器人移动系统，并制作了样机．分析了该移动系统的抗倾覆、攀爬台阶、下台阶、跨越沟道等越障特性并进行了性能试验．性能分析与样机试验表明，摇杆式履带机器人移动平台可适应复杂的非结构地形，具有良好的越障性能，可攀爬 100 mm 高的台阶，下 450 mm 高的台阶，跨越 260 mm 宽的沟道．
发生瓦斯、煤尘爆炸事故后，煤矿井下的地形环境为非结构化的地形环境，既有人工建造的行人台阶、斜坡、排水沟道以及钢轨等较为规则的地形，又有顶板冒落、片帮的煤块、岩石堆积成的复杂凌乱地形．因此，进入矿井灾区进行环境探测与搜救作业的煤矿救灾机器人，不但应具有克服台阶、连续阶梯、沟道等规则地形的越障能力，还应具有克服乱石（煤块）堆积而成的高低起伏地形的自适应能力．本文将摇杆式机器人与履带式机器人相结合，把履带行走机构引入摇杆式悬架中，推衍出摇杆式履带悬架的基本构型，并根据煤矿井下非结构化的地形环境与爆炸性的气体环境，选择一种摇杆式对称 W 形的固定履带移动系统作为研究对象，进行性能分析与样机试验．
为使机器人行走机构既能被动地适应崎岖的非结构地形，又能克服台阶、沟道等规则障碍，将履带行走机构引入摇杆式移动系统中． 结合煤矿井下非结构的地形环境与爆炸性气体环境，提出了一种采用对称的 W 形履带悬架的摇杆式履带机器人移动系统，并制作了样机．分析了该移动系统的抗倾覆、攀爬台阶、下台阶、跨越沟道等越障特性并进行了性能试验．性能分析与样机试验表明，摇杆式履带机器人移动平台可适应复杂的非结构地形，具有良好的越障性能，可攀爬 100 mm 高的台阶，下 450 mm 高的台阶，跨越 260 mm 宽的沟道．
发生瓦斯、煤尘爆炸事故后，煤矿井下的地形环境为非结构化的地形环境，既有人工建造的行人台阶、斜坡、排水沟道以及钢轨等较为规则的地形，又有顶板冒落、片帮的煤块、岩石堆积成的复杂凌乱地形．因此，进入矿井灾区进行环境探测与搜救作业的煤矿救灾机器人，不但应具有克服台阶、连续阶梯、沟道等规则地形的越障能力，还应具有克服乱石（煤块）堆积而成的高低起伏地形的自适应能力．本文将摇杆式机器人与履带式机器人相结合，把履带行走机构引入摇杆式悬架中，推衍出摇杆式履带悬架的基本构型，并根据煤矿井下非结构化的地形环境与爆炸性的气体环境，选择一种摇杆式对称 W 形的固定履带移动系统作为研究对象，进行性能分析与样机试验．
图啦?