●第1章 緒論
1.1 引言
1.2 星球車的工作環境
1.2.1 月球車的工作環境
1.2.2 火星車的工作環境
1.3 空間機械臂的工作環境
1.4 原有的微低重力模擬方法
1.4.1 拋物線飛行法
1.4.2 落塔法
1.4.3 去除質量法
1.4.4 氣浮法
1.4.5 水浮法
1.4.6 傳統懸弔法
1.5 原有微低重力模擬方法存在的問題
1.5.1 原有微低重力模擬方法的比較
1.5.2 傳統懸弔法存在的問題
1.6 微低重力模擬繫統組成
1.6.1 懸弔力等效施加子繫統
1.6.2 位姿檢測子繫統
1.6.3 二維跟蹤控制子繫統
1.6.4 恆懸弔力控制子繫統
1.7 本章小結
參考文獻
第2章 星球車地面運動測試的懸弔式低重力模擬方法
2.1 引言
2.2 星球車動力學模型的建立
2.2.1 廣義坐標的選取
2.2.2 輪地力輪地接觸壓力至廣義力的映射
2.2.3 拉格朗日算子的構成
2.3 重力場-懸弔力等效轉換模型的建立
2.3.1 懸弔力的約束條件
2.3.2 關節鏈及參數定義
2.3.3 關節鏈的重力勢能
2.3.4 關節鏈的懸弔力勢能
2.3.5 模型的表達式
2.4 懸弔力的解繫
2.4.1 單關節鏈的懸弔力解繫
2.4.2 多關節鏈的懸弔力解繫
2.4.3 分叉關節鏈的懸弔力解繫
2.4.4 差速器耦合關節鏈的懸弔力解繫
2.4.5 懸弔力解繫小結
2.5 星球車的單索懸弔式低重力模擬方法
2.5.1 單索“懸弔式低重力模擬”模型
2.5.2 搖臂-轉向架式六輪星球車單索懸弔的輪地接觸壓力分析
2.5.3 六輪車單索補償的仿真驗證
2.5.4 基於輪地力的懸弔力計算和校正
2.6 本章小結
第3章 機械臂地面運動測試的懸弔式微重力模擬方法
3.1 引言
3.2 機械臂和星球車微低重力模擬的關繫
3.3 機械臂多弔點懸弔力模型的建立
3.3.1 符號定義
3.3.2 坐標繫的建立及變換矩陣
3.3.3 地面測試不進行微重力模擬時懸弔力模型的建立
3.3.4 地面測試進行微重力模擬時懸弔力模型的建立
3.4 機械臂多弔點懸弔力模型的優化
3.4.1 優化模型建立
3.4.2 優化方法分析
3.4.3 優化過程和結果分析
3.5 本章小結
參考文獻
第4章 具有被動自適應功能的懸弔力等效施加機構
4.1 引言
4.2 星球車懸弔力等效施加機構
4.2.1 平行全等體的性質
4.2.2 平行弔架設計
4.3 機械臂懸弔力等效施加機構
4.3.1 懸弔機構原理分析
4.3.2 懸弔機構結構設計
4.4 本章小結
參考文獻
第5章 基於視覺的位姿檢測方法
5.1 引言
5.2 基於視覺的位姿檢測子繫統總體方案
5.2.1 位姿檢測子繫統總體方案
5.2.2 位姿檢測子繫統的硬件選型與設計
5.3 基於視覺的位姿檢測子繫統的測量原理
5.3.1 測量數學模型
5.3.2 位姿解算算法
5.3.3 圖像特征點坐標定位算法
5.4 本章小結
第6章 雙層冗餘二維跟蹤控制方法
6.1 引言
6.2 二維跟蹤控制子繫統總體設計
6.2.1 二維跟蹤控制子繫統方案設計
6.2.2 機械結構及電氣設計
6.3 雙層冗餘的二維跟蹤控制方法
6.3.1 數學模型的建立
6.3.2 電動機選型
6.3.3 算法設計
6.4 二維跟蹤控制子繫統性能分析
6.4.1 影響二維跟蹤控制子繫統精度的因素分析
6.4.2 二維控制繫統仿真分析
6.5 本章小結
參考文獻
第7章 主被動復合的恆懸弔力控制方法
7.1 引言
7.2 主被動復合的恆懸弔力控制子繫統動力學模型
7.2.1 動力學建模及動態特性分析
7.2.2 恆懸弔力繫統動力學仿真分析
7.3 恆懸弔力子繫統控制算法
7.3.1 恆懸弔力子繫統控制策略設計
7.3.2 恆拉力繫統開環傳遞函數辨識
7.3.3 恆懸弔力子繫統帶寬設計
7.3.4 恆懸弔力子繫統閉環諧振抑制分析
7.4 恆懸弔力子繫統測試
7.4.1 彈簧、扭杆剛度測定
7.4.2 階躍激勵響應測試
7.4.3 勻速、勻加速激勵響應測試
7.4.4 正弦激勵響應測試
7.4.5 漂浮載荷激勵測試
7.5 本章小結
參考文獻
第8章 火星車低重力模擬繫統研制
8.1 繫統總體要求
8.2 位姿檢測子繫統
8.2.1 子繫統總體設計
8.2.2 位姿檢測子繫統可靠性分析
8.3 二維跟蹤控制子繫統
8.3.1 子繫統總體設計
8.3.2 機械設計
8.3.3 電氣設計
8.4 恆懸弔力控制子繫統
8.4.1 子繫統總體設計
8.4.2 機械設計
8.4.3 電氣設計
8.5 懸弔力等效施加機構
8.5.1 懸弔力等效施加機構的組成
8.5.2 弔點的位置調節
8.6 繫統總成
8.7 本章小結
第9章 七自由度大型機械臂微重力模擬繫統研制
9.1 功能要求及性能指標要求
9.2 總體方案設計
9.3 位姿檢測子繫統
9.3.1 位姿檢測子繫統功能
……

宇航空間機構大多工作於微低重力場中，因而微低重力模擬成為避免航天器過載受損、確保地面實驗結果有效的必要條件。由於無法長時間、大範圍模擬微低重力場，因此如何準確模擬宇航空間機構在微低重力場中的運動性能成為國際航天領域公認的地面實驗瓶頸問題。 啥爾濱工業大學宇航空間機構及控制研究中心結合我國載人航天與探月工程等國家科技重大專項的需求，主要以星球車、空間機械臂等典型復雜宇航空間機構為對像，通過開展宇航空間機構微低重力模擬的理論與工程應用研究，提出了基於重力場-懸弔力等效轉換的多自由度宇航空間機構微低重力模擬方法，發明了具有三轉動自由度被動自適應功能的懸弔力等效施加機構以及懸弔點三平動自由度的高精度力位混合跟蹤控制技術，研制出星球車、機械臂等復雜宇航空間機構的懸弔式微低重力模擬繫統。為中國“首次火星探測任務”的火星車、“空間站核心艙”大型機械臂等型號產品的地面運動性能模擬測試提供了不可或缺等