绳驱空间机械臂动力学建模与仿真效率分析

发布时间：2024-03-06 19:27

　　针对一种适用于在轨服务精细操作的绳驱空间机械臂进行讨论。建立该机械臂的动力学模型,将机械臂视为链式多刚体系统,认为绳索满足线弹性假设并忽略绳索的质量,利用空间算子代数方法推导了机械臂的动力学方程。分析动力学模型的数值仿真效率,求解出机械臂微振动的振动频率,将最高阶振动频率作为特征系数代入到微分方程数值算法的稳定区域,计算得到仿真步长的临界值;对动力学模型中的绳索模型进行改进,通过增大仿真时间步长临界值来提高动力学模型的数值仿真效率。仿真算例表明,改进后动力学模型的仿真效率最多可提高200多倍,并可以实现实时仿真。

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【部分图文】：

图1空间机械臂结构示意图

如图1所示，绳驱空间机械臂的主体机械结构分为根部、中段和端部三部分。其中，根部用于连接机械臂和漂浮基座；中段主要包含五组臂杆，每组臂杆由六根相同的臂段串联而成，全部臂段通过万向节进行相连；端部用于放置机械臂的载荷。除30根臂杆之外，机械臂还包括15根驱动绳索和60根联动绳索。如图....

图2驱动绳索示意图

图1空间机械臂结构示意图图3联动绳索示意图

图3联动绳索示意图

图2驱动绳索示意图1.2动力学方程

图4空间机械臂动力学模型示意图

式（2）中的Qe为漂浮基座和空间机械臂受到的外力，可通过给定的边界条件计算得出；Qc为联动绳索的等效作用力，Qd为驱动绳索的等效作用力，二者需要建立相应的绳索模型来计算得出。对于联动绳索，可将其中的一对联动绳索等效为扭簧：

本文编号：3920829