空间机器人遥操作系统设计

《空间机器人遥操作系统设计》，张珩 等 著，出版社： 科学出版社。

科学出版社是中国最大的综合性科技出版机构，由前中国科学院编译局与1930年代创建的有较大影响的龙门联合书局合并而来。科学出版社比邻皇城根遗址公园，是一个历史悠久、力量雄厚，以出版学术书刊为主的开放式出版社。

目录

内容简介

空间遥操作是在轨服务领域的关键技术之一，也是各空间大国长期关注和研究的热点问题。《空间机器人遥操作系统设计》针对空间机器人基座本体、执行器(机械臂)以及被抓取物等多体的不确定性与不确定耦合问题，将目标在轨辨识与多体融合的在线修正相结合，提出面向空间机器人及其与操作目标组合体的运动状态高精度预报方法，充分抑制不确定大时延环境下的误差累积和预报发散；针对空间机器人不确定操作问题，提出多层级可靠遥操作的体系框架及其系统策略，提出多机多员共享遥操作及其效能评估技术，极大提升不确定大时延环境下的遥操作可靠性；提出集时延消减、模型修正、响应预报和有效操作等多策略与多回路相耦合的“三段四回路”遥操作系统模型，为建立面向空间应用的遥操作系统提供了总体设计依据、实现方法和评估准则。

目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 空间机器人 1

1.2 遥操作的应用领域 2

1.3 空间机器人遥操作应用 3

1.3.1 美国空间机器人遥操作应用 4

1.3.2 欧洲空间机器人遥操作应用 9

1.3.3 加拿大空间机器人遥操作应用 14

1.3.4 日本空间机器人遥操作应用 16

1.3.5 我国空间机器人遥操作应用 19

1.4 本书内容介绍 22

第2章 空间机器人动力学建模技术 23

2.1 自由漂浮空间机器人运动学模型 23

2.1.1 模型假设 23

2.1.2 坐标系与符号定义 24

2.1.3 运动学建模 26

2.2 受控机械臂关节建模 31

2.3 小结 34

第3章 空间目标运动状态预报技术 35

3.1 空间机器人响应修正方法 35

3.1.1 空间机器人响应修正问题 35

3.1.2 受控机械臂关节响应修正方法 41

3.1.3 主星响应修正方法 48

3.2 空间机器人在轨状态预报 62

3.2.1 空间机器人系统融合修正预报策略 62

3.2.2 空载时的空间机器人在轨状态预报 67

3.2.3 抓取有误差先验知识的目标物体时的状态预报 72

3.2.4 抓取无先验知识非合作目标物体时的状态预报 75

3.3 小结 79

第4章 不确定大时延环境下的可靠遥操作技术 80

4.1 数据层中的可靠遥操作方法 80

4.2 算法层中的可靠遥操作方法 83

4.3 操作层中的可靠遥操作方法 84

4.4 策略层中的可靠遥操作方法 85

4.5 系统层中的可靠遥操作方法 85

4.6 小结 86

第5章 多机多员共享遥操作技术 87

5.1 不确定大时延下多机多员共享遥操作及其研究现状 87

5.2 不确定大时延下多机多员共享遥操作适用条件分析 91

5.3 单机共享遥操作方法 94

5.3.1 单机同地共享遥操作方法 95

5.3.2 单机异地共享遥操作方法 96

5.4 多机共享遥操作方法 100

5.4.1 多机同地共享遥操作方法 101

5.4.2 多机异地共享遥操作方法 104

5.4.3 多机复合共享遥操作方法 109

5.5 不确定大时延环境下共享遥操作实验 110

5.6 小结 137

第6章 多机多员共享遥操作评估技术 138

6.1 多机多员共享遥操作系统能力需求 138

6.1.1 操作模式对遥操作任务的覆盖能力 139

6.1.2 现场设备、遥操作任务和遥操作系统的安全保护能力 140

6.1.3 遥操作系统自主能力、智能性 140

6.1.4 遥操作系统实时处理能力 141

6.1.5 遥操作系统时延影响消减能力 141

6.1.6 操作过程备份、分析、复现和时间同步能力 141

6.1.7 遥操作系统交互与通信能力 142

6.1.8 遥操作系统人机功效、机电、电气性能 142

6.1.9 共享操作的同步性 142

6.1.10 对共享操作端差异的容忍性 142

6.2 多机多员共享遥操作评估策略 143

6.2.1 操作模式对遥操作任务的覆盖能力评估 143

6.2.2 遥操作系统安全保护能力评估 147

6.2.3 遥操作系统自主能力、智能性评估 154

6.2.4 遥操作系统实时处理能力评估 158

6.2.5 遥操作系统通信能力评估 161

6.2.6 遥操作系统人机功效、机电、电气性能评估 163

6.2.7 遥操作系统时延影响消减能力评估 165

6.2.8 遥操作系统备份、分析、复现、时间同步能力评估 168

6.2.9 共享操作的同步性评估 170

6.2.10 共享操作的差异容忍性评估 172

6.3 多机多员共享遥操作评估方法 174

6.4 遥操作实验推演评估系统设计实例 183

6.4.1 遥操作实验推演评估系统设计 184

6.4.2 遥操作系统评估实例 187

6.5 小结 189

第7章 不确定大时延遥操作系统总体技术与案例 190

7.1 地面遥操作系统总体模型 190

7.2 地面遥操作系统总体设计 195

7.2.1 地面遥操作系统总体能力设计 195

7.2.2 地面遥操作系统总体架构设计 198

7.2.3 地面遥操作目标模拟器总体设计 225

7.3 地面遥操作系统实现案例 230

7.3.1 某空间机器人遥操作系统 230

7.3.2 大型空间机械臂遥操作系统 231

7.3.3 面向未来多机多员遥操作系统 235

7.4 小结 239

参考文献 240