Основные доклады
Основной доклад № 3
Проектирование, Контроль и Наземные Тестовые Испытания
Космических Роботов-Манипуляторов
Абстракт：
Технологии обслуживания на орбите широко используются в таких областях, как техническое обслуживание спутников, сборка крупных космических модулей, удаление космического мусора и т.д. Они требуют применения космического робота, оснащенного захватами, для выполнения задач в особо суровых космических условиях. С точки зрения обслуживания спутников космическими роботами, существуют три сложных вопроса, а именно: i) как спроектировать маневренные механизмы управления с высокой жесткостью для выполнения сложных эксплуатационных задач? ii) как осуществлять динамическое управление, объединяя спутник и роботов-манипуляторов? iii) как имитировать условия невесомости на земле для проверки конструкции роботов-манипуляторов и управления ими? Чтобы справиться с этими задачами, команда докладчика в течение последнего десятилетия проводила систематические и углубленные исследования.
В этом выступлении будут представлены конструкция механизма, метод управления и наземные испытания космических роботов-манипуляторов. Сначала будет представлена конструкция космического робота-манипулятора, многофункциональные конечные устройства и устройство для смены инструмента. В манипуляторе используется новый складной последовательно-параллельный гибридный механизм, который последовательно соединен параллельной частью 3 - DOF - го уровня с конфигурациями 1-PU и 2-PUS и последовательной частью 4 - DOF - го уровня с конфигурацией 4R. Многофункциональные конечные устройства могут выполнять все виды задач во время технического обслуживания спутника, таких как демонтаж, захват и проверка. Во-вторых, предложена схема управления гибридным манипулятором с конечными исполнительными устройствами для захвата некооперативной цели в условиях невесомости, включающая три модуля: контроль допуска, оценку движения целевого спутника и прямое включение сил реагирования. Наконец, создана система аппаратного моделирования в режиме реального времени (HIL) с промышленными роботами и предложена методология моделирования в условиях невесомости. Во время моделирования HIL большой проблемой является устранение расхождений во времени, возникающих из-за внутренней временной задержки между измеренными усилиями и реакцией робота, управляемой симуляцией. Для устранения последствий временных задержек предлагается новая стратегия компенсации, основанная на определении жесткости контакта и корректировке демпфирования. Что касается компенсирующего метода, то для контроля потока энергии предназначен датчик энергопотребления и устанавливается контроллер энергопотребления (EC). EC обеспечивает переменное демпфирование, и, таким образом, изменяется демпфирование контактов. Используя представленный метод, на представленной системе моделирования HIL воспроизводятся операции космических роботов с высокой точностью как по силе контакта, так и по скорости контакта. Кроме того, были проведены полностью физические эксперименты на испытательных стендах с воздушными подшипниками, которые также подтверждают обоснованность предложенных методов проектирования и контроля.
Резюме:
В настоящее время Чжун Хэ является профессором школы машиностроения Шанхайского университета Цзяо Тонг. В 2008 году он получил степень доктора философии в области машиностроения в Шанхайском университете Цзяо Тонг. Он является директором Шанхайской платформы интеллектуальных производственных услуг в области аэронавтики и астронавтики. Его научные интересы включают механизмы и робототехнику в космосе. В качестве руководителя проекта он участвовал в более чем двадцати проектах, связанных с космическими роботами, включая Национальный фонд естественных наук Китая, Совместный фонд предварительных исследований аэрокосмического оборудования и др. Он опубликовал более сорока статей в международных журналах и сборниках материалов конференций и получил более десяти патентов. Является обладателем нескольких научных и технических наград, такие как премия первой степени за технические изобретения в Шанхае, награда за отличную лучшую статью от Китайского общества машиностроения (CMES). Он является членом Китайского комитета IFToMM, членом Института космических механизмов CMES и членом Комитета аэрокосмического контроля Китайской ассоциации автоматизации.
Технологии обслуживания на орбите широко используются в таких областях, как техническое обслуживание спутников, сборка крупных космических модулей, удаление космического мусора и т.д. Они требуют применения космического робота, оснащенного захватами, для выполнения задач в особо суровых космических условиях. С точки зрения обслуживания спутников космическими роботами, существуют три сложных вопроса, а именно: i) как спроектировать маневренные механизмы управления с высокой жесткостью для выполнения сложных эксплуатационных задач? ii) как осуществлять динамическое управление, объединяя спутник и роботов-манипуляторов? iii) как имитировать условия невесомости на земле для проверки конструкции роботов-манипуляторов и управления ими? Чтобы справиться с этими задачами, команда докладчика в течение последнего десятилетия проводила систематические и углубленные исследования.
В этом выступлении будут представлены конструкция механизма, метод управления и наземные испытания космических роботов-манипуляторов. Сначала будет представлена конструкция космического робота-манипулятора, многофункциональные конечные устройства и устройство для смены инструмента. В манипуляторе используется новый складной последовательно-параллельный гибридный механизм, который последовательно соединен параллельной частью 3 - DOF - го уровня с конфигурациями 1-PU и 2-PUS и последовательной частью 4 - DOF - го уровня с конфигурацией 4R. Многофункциональные конечные устройства могут выполнять все виды задач во время технического обслуживания спутника, таких как демонтаж, захват и проверка. Во-вторых, предложена схема управления гибридным манипулятором с конечными исполнительными устройствами для захвата некооперативной цели в условиях невесомости, включающая три модуля: контроль допуска, оценку движения целевого спутника и прямое включение сил реагирования. Наконец, создана система аппаратного моделирования в режиме реального времени (HIL) с промышленными роботами и предложена методология моделирования в условиях невесомости. Во время моделирования HIL большой проблемой является устранение расхождений во времени, возникающих из-за внутренней временной задержки между измеренными усилиями и реакцией робота, управляемой симуляцией. Для устранения последствий временных задержек предлагается новая стратегия компенсации, основанная на определении жесткости контакта и корректировке демпфирования. Что касается компенсирующего метода, то для контроля потока энергии предназначен датчик энергопотребления и устанавливается контроллер энергопотребления (EC). EC обеспечивает переменное демпфирование, и, таким образом, изменяется демпфирование контактов. Используя представленный метод, на представленной системе моделирования HIL воспроизводятся операции космических роботов с высокой точностью как по силе контакта, так и по скорости контакта. Кроме того, были проведены полностью физические эксперименты на испытательных стендах с воздушными подшипниками, которые также подтверждают обоснованность предложенных методов проектирования и контроля.
Резюме:
В настоящее время Чжун Хэ является профессором школы машиностроения Шанхайского университета Цзяо Тонг. В 2008 году он получил степень доктора философии в области машиностроения в Шанхайском университете Цзяо Тонг. Он является директором Шанхайской платформы интеллектуальных производственных услуг в области аэронавтики и астронавтики. Его научные интересы включают механизмы и робототехнику в космосе. В качестве руководителя проекта он участвовал в более чем двадцати проектах, связанных с космическими роботами, включая Национальный фонд естественных наук Китая, Совместный фонд предварительных исследований аэрокосмического оборудования и др. Он опубликовал более сорока статей в международных журналах и сборниках материалов конференций и получил более десяти патентов. Является обладателем нескольких научных и технических наград, такие как премия первой степени за технические изобретения в Шанхае, награда за отличную лучшую статью от Китайского общества машиностроения (CMES). Он является членом Китайского комитета IFToMM, членом Института космических механизмов CMES и членом Комитета аэрокосмического контроля Китайской ассоциации автоматизации.
Проф. Чжун Хэ
Школа машиноведения
Шанхайский университет Цзяо Тонг
№ 800, ул. Дунчуань, р. Минхан
Шанхай 200240, Китай
Электронная почта: jhe@sjtu.edu.cn
Шанхайский университет Цзяо Тонг
№ 800, ул. Дунчуань, р. Минхан
Шанхай 200240, Китай
Электронная почта: jhe@sjtu.edu.cn
Основной доклад № 4
Разработка Шестиногих Роботов для Катания на Лыжах и Керлинга
для Зимних Олимпийских и Паралимпийских игр в Пекине
Абстракт：
Исследования лыжных и керлинговых роботов привлекли внимание международной робототехнической отрасли. В 2019 году соответствующие статьи были опубликованы в журнале Science Robotics, чтобы объяснить, что исследование лыжных и керлинговых роботов было предисловием к Международной робототехнике. Речь пойдет о лыжных и керлинговых роботах. Первым был шестиногий лыжный робот. У этого робота передние и задние ноги были закреплены на лыжах, а каждая из двух средних ног держала лыжную палку. Каждая лыжа имела пять степеней свободы, с помощью которых можно было регулировать высоту, углы тангажа и крена корпуса, центр тяжести по отношению к четырем фиксирующим ножкам, угол кромки каждой лыжи и относительное положение/ ориентацию лыж, обеспечивая полную скорость и рулевое управление роботом. Робот мог управляться либо джойстиком, либо работать автономно, и его тестировали как на начальных, так и на средних склонах, чтобы оценить его производительность и возможности обхода препятствий. Вторым был шестиногий робот-керлингист. У него также было шесть ног, а передние две использовались как "руки" для управления направлением подачи и скоростью вращения керлинг-камня. Две средние ноги и нижняя часть тела были объединены для использования в качестве скользящей ноги робота-игрока, в то время как две задние ноги использовались в качестве "рубящей ноги" для отталкивания от рубящей ноги при начале подачи керлинг-камня. Робот был интегрирован как с визуальным, так и с силовым восприятием, что позволяло точно контролировать направление и наносить каждый выстрел в соответствии с игровыми планами и командной тактикой. Робот был продемонстрирован на Ледяном кубе зимних Олимпийских и Паралимпийских игр в Пекине. Одна из захватывающих перспектив этого нового керлинг-робота заключается в том, что им также можно управлять дистанционно, в режиме онлайн. Благодаря высокоуровневой поддержке принятия решений, динамическому моделированию в реальном времени и планированию бросков можно организовать оборонительные или наступательные стратегии, что делает эту игру "шахматы на льду" по-настоящему захватывающей. Ожидается, что робот также сможет стать тренером для керлингистов-спортсменов или энтузиастов, сделав этот вид спорта более доступным для широкой публики.
Резюме:
Фэн Гао получил степень доктора философии в области машиностроения в Пекинском университете аэронавтики и астронавтики в 1991 году и степень магистра в области машиностроения в Северо-Восточном институте тяжелого машиностроения в 1982 году. С 1995 по 1997 год он был постдокторантом в школе инженерных наук Университета Саймона Фрейзера. С 1995 по 1999 год был профессором Яньшаньского университета. С 2000 по 2004 год занимал пост вице-президента, а затем президента Хэбэйского технологического университета. С 2009 по 2013 год занимал должность директора Государственной ключевой лаборатории механических систем и вибрации Шанхайского университета Цзяо Тун. С 2004 года является профессором кафедры Шанхайского университета Цзяо Тун. Он получил Китайскую национальную премию в области естественных наук в 2013 году за свой вклад в разработку параллельных механизмов и 8 пунктов наград провинциальных премий в области науки и техники в Китае. А в 2014 году получил премию ASME Leonardo Da Vinci Award в США. Им получено 126 патентов и опубликованы 3 научные книги по механизмам и робототехнике, а также 210 статей в международных журналах и материалах конференций. Он был генеральным членом Комитета ASME Mechanisms and Robotics Committee, Ассоциации редакторов по механизмам и машиноведению, журналов ASME Journal of Mechanisms and Robotics, ASME Journal of Mechanical Design, Robotica, Engineering и заместителем главного редактора китайского журнала Mechanical Engineering (на английском языке). Он выступал с основными докладами на 36-й Международной конференции ASME Mechanisms and Robotics International Conference(2012) и IFToMM2015.
Исследования лыжных и керлинговых роботов привлекли внимание международной робототехнической отрасли. В 2019 году соответствующие статьи были опубликованы в журнале Science Robotics, чтобы объяснить, что исследование лыжных и керлинговых роботов было предисловием к Международной робототехнике. Речь пойдет о лыжных и керлинговых роботах. Первым был шестиногий лыжный робот. У этого робота передние и задние ноги были закреплены на лыжах, а каждая из двух средних ног держала лыжную палку. Каждая лыжа имела пять степеней свободы, с помощью которых можно было регулировать высоту, углы тангажа и крена корпуса, центр тяжести по отношению к четырем фиксирующим ножкам, угол кромки каждой лыжи и относительное положение/ ориентацию лыж, обеспечивая полную скорость и рулевое управление роботом. Робот мог управляться либо джойстиком, либо работать автономно, и его тестировали как на начальных, так и на средних склонах, чтобы оценить его производительность и возможности обхода препятствий. Вторым был шестиногий робот-керлингист. У него также было шесть ног, а передние две использовались как "руки" для управления направлением подачи и скоростью вращения керлинг-камня. Две средние ноги и нижняя часть тела были объединены для использования в качестве скользящей ноги робота-игрока, в то время как две задние ноги использовались в качестве "рубящей ноги" для отталкивания от рубящей ноги при начале подачи керлинг-камня. Робот был интегрирован как с визуальным, так и с силовым восприятием, что позволяло точно контролировать направление и наносить каждый выстрел в соответствии с игровыми планами и командной тактикой. Робот был продемонстрирован на Ледяном кубе зимних Олимпийских и Паралимпийских игр в Пекине. Одна из захватывающих перспектив этого нового керлинг-робота заключается в том, что им также можно управлять дистанционно, в режиме онлайн. Благодаря высокоуровневой поддержке принятия решений, динамическому моделированию в реальном времени и планированию бросков можно организовать оборонительные или наступательные стратегии, что делает эту игру "шахматы на льду" по-настоящему захватывающей. Ожидается, что робот также сможет стать тренером для керлингистов-спортсменов или энтузиастов, сделав этот вид спорта более доступным для широкой публики.
Резюме:
Фэн Гао получил степень доктора философии в области машиностроения в Пекинском университете аэронавтики и астронавтики в 1991 году и степень магистра в области машиностроения в Северо-Восточном институте тяжелого машиностроения в 1982 году. С 1995 по 1997 год он был постдокторантом в школе инженерных наук Университета Саймона Фрейзера. С 1995 по 1999 год был профессором Яньшаньского университета. С 2000 по 2004 год занимал пост вице-президента, а затем президента Хэбэйского технологического университета. С 2009 по 2013 год занимал должность директора Государственной ключевой лаборатории механических систем и вибрации Шанхайского университета Цзяо Тун. С 2004 года является профессором кафедры Шанхайского университета Цзяо Тун. Он получил Китайскую национальную премию в области естественных наук в 2013 году за свой вклад в разработку параллельных механизмов и 8 пунктов наград провинциальных премий в области науки и техники в Китае. А в 2014 году получил премию ASME Leonardo Da Vinci Award в США. Им получено 126 патентов и опубликованы 3 научные книги по механизмам и робототехнике, а также 210 статей в международных журналах и материалах конференций. Он был генеральным членом Комитета ASME Mechanisms and Robotics Committee, Ассоциации редакторов по механизмам и машиноведению, журналов ASME Journal of Mechanisms and Robotics, ASME Journal of Mechanical Design, Robotica, Engineering и заместителем главного редактора китайского журнала Mechanical Engineering (на английском языке). Он выступал с основными докладами на 36-й Международной конференции ASME Mechanisms and Robotics International Conference(2012) и IFToMM2015.
Проф. Фен Гао
Государственная основная лаборатория механических систем и вибрации,
Школа машиноведения
Шанхайский университет Цзяо Тонг
№ 800, ул. Дунчуань, р. Минхан
Шанхай 200240, Китай
Электронная почта: fengg@sjtu.edu.cn
Школа машиноведения
Шанхайский университет Цзяо Тонг
№ 800, ул. Дунчуань, р. Минхан
Шанхай 200240, Китай
Электронная почта: fengg@sjtu.edu.cn
