形状记忆合金驱动的空间抓捕机构研究

发布时间：2023-04-19 01:31

　　近几年,随着在轨服务技术的快速发展,空间非合作目标的在轨抓捕技术吸引了世界各国的注意。通过一系列针对空间非合作目标抓捕技术的调研和对比,当前传统的空间抓捕机构有一些缺点,如体积重量较大,能耗高且成本高等。为了克服这些问题,本文提出了一种新型的由大行程形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)驱动的空间非合作目标平行抓捕机构。根据对抓捕机构的技术指标和设计要求,对方案设计思路进行了总结归纳,介绍了SMA抓捕机构结构组成和工作原理,并分别对SMA驱动器,耦合传动机构和抓捕手爪进行了详细设计;为了评估所提出的SMA抓捕机构的性能,建立了偏置元件选择模型、夹紧力计算模型和抓捕范围分析模型三个理论模型;设计了配套的感知反馈系统用以获得SMA抓捕机构在抓捕过程中的关键信息并判断抓捕任务是否成功。SMA材料具有两种特殊性质,形状记忆效应和超弹性效应。在Brinson提出的宏观唯象一维本构模型的基础上,建立了SMA丝的应力应变关系,并提出了SMA驱动器的设计理论和设计方法;分别研究了三种典型驱动器:单向SMA驱动器、偏置力SMA驱动器和差分SMA驱动器的驱动路径;为了利用SMA丝作为...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及研究的目的和意义
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状与分析
        1.2.1 空间碎片抓捕机构研究现状
        1.2.2 空间抓捕末端执行器研究现状
        1.2.3 国内外研究现状分析
    1.3 课题主要研究内容
第2章 形状记忆合金抓捕机构方案及结构设计
    2.1 引言
    2.2 设计指标及要求
        2.2.1 技术指标
        2.2.2 设计要求
    2.3 形状记忆合金抓捕机构总体方案
    2.4 形状记忆合金抓捕机构的结构设计
        2.4.1 形状记忆合金驱动器设计
        2.4.2 耦合传动系统设计
        2.4.3 抓捕手爪设计
    2.5 形状记忆合金抓捕机构感知反馈系统设计
        2.5.1 感知反馈系统原理及组成
        2.5.2 形状记忆合金抓捕机构的抓捕策略分析
        2.5.3 形状记忆合金抓捕机构抓捕判定方法研究
    2.6 本章小结
第3章 形状记忆合金驱动器性能研究
    3.1 引言
    3.2 形状记忆合金特性
        3.2.1 形状记忆效应
        3.2.2 超弹性特性
    3.3 形状记忆合金丝直线驱动器驱动特性分析
        3.3.1 形状记忆合金宏观唯象一维本构模型
        3.3.2 形状记忆合金高低温应力应变特性
        3.3.3 基于Brinson模型的形状记忆合金驱动器特性分析
    3.4 形状记忆合金丝通电驱动热力学行为分析
    3.5 形状记忆合金驱动器驱动潜能和机械效率分析
    3.6 本章小结
第4章 形状记忆合金抓捕机构力学仿真与性能实验
    4.1 引言
    4.2 形状记忆合金抓捕机构的关键特性仿真分析
        4.2.1 形状记忆合金驱动器滑杆静强度仿真分析
        4.2.2 十字剪切铰耦合机构瞬态动力学分析及仿真
    4.3 形状记忆合金丝性能测试实验
        4.3.1 形状记忆合金丝特性参数标定实验
        4.3.2 形状记忆合金丝驱动性能测试系统设计及实验
    4.4 形状记忆合金抓捕机构样机地面实验
        4.4.1 模拟抓捕功能实验
        4.4.2 夹紧力和抓捕范围实验
        4.4.3 SMA抓捕机构的抓捕精度实验
        4.4.4 形状记忆合金抓捕机构技术指标符合性分析
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文及其它成果
致谢



本文编号：3793442