项目的研究意义及科学依据－云空间.doc

项目的研究意义及科学依据－云空间.doc,探讨机器人在微重力环境下的仿人稳定运动为冃标,重点对适应微重力下的仿人机器人核心机构、多模态运动建模、接触力碰撞动力学建模与稳定运动控制的关键问题展开研究。研究背景和意义仿人机器人具有人类外形及类人功能特征,在人类环境中辅助或者代替人类进行家庭服务、危险作业等方面具有广泛的应用前景。仿人机器人的研究和发展,对捉高人类生活水平具有重要意义,也是揭示人体运动机理的重要途径,是衡量一个国家科学水平发展的重要标志,已成为智能机器人技术研究的热点。航天员是人类利用微重力等珍贵资源进行科学研究的最重要平台空间站的核心保障。为此,航天员要承受巨大的心理和生理冲击,即使通过失重训练并辅以药物,仍有50%航天员会在空间出现运动病症状,而且,中长期待在微重力环境中,可导致航天员出现多种生理、病理现象,会严重危害航天员的身体健康血^训练卩心。同时,空间强辐射及高速碎片等环境,也会对航天员的生命安全形成威胁。但是,空间智能机器人由于不受人类生理条件的限制,可长期在空间恶劣环境中工作,已经成为未来辅助或代替航天员探索、开发和利用太空的重要技术手段肥。空间智能机器人微重力下的稳定运动及操作的机理和方法已经成为国内外广泛关注的热点问题之一[]。航天员在按照人体工效学设计的空间站环境中,主要靠双手通过爬行、推行、翻滚、握停等进行稳定运动,实现空间站的全范围覆盖并进行维护与照料。因此,能够在不改变空间站结构的条件下,选择和研究仿人机器人辅助或代替航天员进行空间站职守,是一种非常有效的技术途径。然而,目前重力场下的仿人机器人腿、脚、腰等机构、稳定运动控制理论与方法,无法直接满足仿人机器人在微重力下模仿航天员稳定运动需求,其核心原因是仿人机器人在微重力下的运动模式和稳定控制需求发生了根本性变化:运动模式变化的影响:在空间站上,仿人机器人不再是用双脚而是通过双手模拟航天员在微重力环境下进行稳定运动(见图l)o由于运动模式的变化,现有仿人机器人的双腿运动机构及、ZMP等稳定控制方法和理论,不再满足仿人机器人在微重力下模仿航天员稳定运动控制研究需求。控制需求变化的影响:通过双手握住空间站上航天员专用扶手等进行运动(见图2),是仿人机器人模拟航天员运动时的核心步态,可分为抓扶手、启动、抓扶手、停靠等阶段。机器人微重力下抓扶手与重力下完全不一样,抓握不当会岀现抓不住而导致机器人漂离情况;在启动和停靠阶段,显著特点是仿人机器人双臂与扶手会形成一个闭合作用空间。目前仿人机器人四肢大都采用与人类四肢关节相似配置的刚性全驱动结构,在这种闭合作用空间,尤其在微重力环境下,极易产生力扭曲而导致仿人机器人姿态振荡。因此,需要探索和研究新的适应这种运动特点的仿人机器人运动机构、稳定控制方法与理论。经过亿万年的进化并经过高强度的微重力生理适应性训练,在微重力环境下航天员具备了包括爬行、滑行、翻滚和停靠等运