空间桁架爬行机器人运动特性研究
发布时间：2021-02-10 05:32
目前针对空间桁架结构的在轨装配任务主要有两种技术手段,包括航天员舱外作业和空间机械臂。但是随着航天技术的发展,空间结构的大型化和复杂化使它们有了一定的局限性,例如舱外高强度任务带来的危险性和机械臂自身的操作空间有限性以及灵活机动性差等,而对以桁架结构为目标的空间爬行机器人的研究可以充分弥补这些不足。本文提出一种具备仿壁虎粘附结构,可适应不同桁架目标的爬行机器人,并利用离散元-多体系统动力学联合仿真技术对机器人的运动特性展开研究。从提高机器人适应性出发,结合工作环境和爬行目标材料,基于仿生原理确定了机器人的整体构型,通过结构设计确定了机器人关键尺寸并对其进行虚拟样机建模。从仿生学角度完成了对机器人粘附微结构的设计。通过分解机器人动作提出运动功能方案,并以机器人单腿为对象,完成了单腿的运动学和运动空间分析,为后续仿真参数设置提供依据。采用离散元方法,在EDEM中利用颗粒堆积法建立机器人仿生刚毛微结构仿真模型。结合运动学分析结果,针对机器人单腿抱抓动作,利用ADAMS建立运动学仿真模型。在零重力环境下,通过EDEM-ADAMS联合仿真平台对比分析有无粘附微结构对机器人爬行运动的影响,验证了粘...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集成“细胞星”示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文蜓”（Dragonfly）项目是“凤凰”计划的衍生项目，由 2015 年提出，用于演示星在轨组装方案可行性，并在 2017 年 8 月成功完成地面演示试验，并在进一步备在轨飞行演示试验[10]。图 1-3 和图 1-4 所示的是集成“细胞星”和“蜻蜓”计在轨装配天线的示意图。
在轨装配天线的示意图。图 1-3 集成“细胞星”示意图[9]图 1-4 “蜻蜓”在轨装配天线示意图[10]另外，美国卡耐基梅隆大学研发出一款空间机器人系统 Skyworker，主要用于空间大型设备的装配、检测和维护。它可以在空间结构上稳定附着或移动，并且能够完成在轨操作和运输有效载荷两类空间任务，且操作载荷可达吨级[11]。该系统的在轨装配和样机如图 1-5 所示。Skyworker 共有 11 个关节，当机器人末端的夹持器与目标固定时，另一端可以进行其他空间操作，此时机器人变为九自由度机械臂。目前机器人处于第一代原理样机测试阶段，旨在演示它的抓取、装配等基本功能，并通过它来探究相关在轨操作的关键技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外在轨服务系统最新发展(上)[J]. 王雪瑶. 国际太空. 2017(10)
[2]在轨组装技术研究现状与发展趋势[J]. 沈晓凤,曾令斌,靳永强,张庆展. 载人航天. 2017(02)
[3]国外在轨装配技术发展简析[J]. 贾平. 国际太空. 2016(12)
[4]在轨3D打印及装配技术在深空探测领域的应用研究进展[J]. 杨延蕾,江炜. 深空探测学报. 2016(03)
[5]空间机器人的若干前沿领域:研究进展和关键技术[J]. 戴振东. 载人航天. 2016(01)
[6]双爪式爬杆机器人的夹持性能分析[J]. 江励,管贻生,周雪峰,杨铁牛,苏满佳,吴鸿敏. 机械工程学报. 2016(03)
[7]51种昆虫足的爬行粘附结构研究[J]. 刘征,赵亚玲,梁爱萍. 中国科学院大学学报. 2015(02)
[8]国内外空间机器人技术发展综述[J]. 张文辉,叶晓平,季晓明,吴夏来,朱银法,王超. 飞行力学. 2013(03)
[9]空间机构地面重力补偿设备跟踪研究[J]. 从强. 航天器环境工程. 2012(01)
[10]仿壁虎脚趾结构设计及粘附运动性能测试[J]. 俞志伟,李宏凯,张晓峰,张昊,戴振东. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]仿生粘附结构的方向性粘附机理研究[D]. 何利文.中国科学技术大学 2013
[2]仿壁虎微米粘附阵列制备及柔性触觉关键技术研究[D]. 单建华.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]六足机器人步态规划及自主导航系统的研究与设计[D]. 李双红.吉林大学 2017
[2]六足仿生机器人步态规划及其控制策略研究[D]. 尹晓琳.哈尔滨工业大学 2013
[3]空间机器人在轨自主装配动力学与控制[D]. 李大明.哈尔滨工业大学 2012
[4]四足仿生爬行机器人研制[D]. 倪宁.南京航空航天大学 2012
[5]空间在轨装配技术发展历程研究[D]. 芦瑶.哈尔滨工业大学 2011
[6]爬杆机器人的攀爬控制[D]. 蔡传武.华南理工大学 2011
[7]仿壁虎脚掌刚毛阵列接触力学分析及试验研究[D]. 赵林林.南京航空航天大学 2007
[8]油罐检测爬壁机器人技术及系统研究[D]. 田兰图.清华大学 2004
本文编号：3026864
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
集成“细胞星”示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文蜓”（Dragonfly）项目是“凤凰”计划的衍生项目，由 2015 年提出，用于演示星在轨组装方案可行性，并在 2017 年 8 月成功完成地面演示试验，并在进一步备在轨飞行演示试验[10]。图 1-3 和图 1-4 所示的是集成“细胞星”和“蜻蜓”计在轨装配天线的示意图。
在轨装配天线的示意图。图 1-3 集成“细胞星”示意图[9]图 1-4 “蜻蜓”在轨装配天线示意图[10]另外，美国卡耐基梅隆大学研发出一款空间机器人系统 Skyworker，主要用于空间大型设备的装配、检测和维护。它可以在空间结构上稳定附着或移动，并且能够完成在轨操作和运输有效载荷两类空间任务，且操作载荷可达吨级[11]。该系统的在轨装配和样机如图 1-5 所示。Skyworker 共有 11 个关节，当机器人末端的夹持器与目标固定时，另一端可以进行其他空间操作，此时机器人变为九自由度机械臂。目前机器人处于第一代原理样机测试阶段，旨在演示它的抓取、装配等基本功能，并通过它来探究相关在轨操作的关键技术。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国外在轨服务系统最新发展(上)[J]. 王雪瑶. 国际太空. 2017(10)
[2]在轨组装技术研究现状与发展趋势[J]. 沈晓凤,曾令斌,靳永强,张庆展. 载人航天. 2017(02)
[3]国外在轨装配技术发展简析[J]. 贾平. 国际太空. 2016(12)
[4]在轨3D打印及装配技术在深空探测领域的应用研究进展[J]. 杨延蕾,江炜. 深空探测学报. 2016(03)
[5]空间机器人的若干前沿领域:研究进展和关键技术[J]. 戴振东. 载人航天. 2016(01)
[6]双爪式爬杆机器人的夹持性能分析[J]. 江励,管贻生,周雪峰,杨铁牛,苏满佳,吴鸿敏. 机械工程学报. 2016(03)
[7]51种昆虫足的爬行粘附结构研究[J]. 刘征,赵亚玲,梁爱萍. 中国科学院大学学报. 2015(02)
[8]国内外空间机器人技术发展综述[J]. 张文辉,叶晓平,季晓明,吴夏来,朱银法,王超. 飞行力学. 2013(03)
[9]空间机构地面重力补偿设备跟踪研究[J]. 从强. 航天器环境工程. 2012(01)
[10]仿壁虎脚趾结构设计及粘附运动性能测试[J]. 俞志伟,李宏凯,张晓峰,张昊,戴振东. 机械工程学报. 2011(21)
博士论文
[1]仿生粘附结构的方向性粘附机理研究[D]. 何利文.中国科学技术大学 2013
[2]仿壁虎微米粘附阵列制备及柔性触觉关键技术研究[D]. 单建华.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]六足机器人步态规划及自主导航系统的研究与设计[D]. 李双红.吉林大学 2017
[2]六足仿生机器人步态规划及其控制策略研究[D]. 尹晓琳.哈尔滨工业大学 2013
[3]空间机器人在轨自主装配动力学与控制[D]. 李大明.哈尔滨工业大学 2012
[4]四足仿生爬行机器人研制[D]. 倪宁.南京航空航天大学 2012
[5]空间在轨装配技术发展历程研究[D]. 芦瑶.哈尔滨工业大学 2011
[6]爬杆机器人的攀爬控制[D]. 蔡传武.华南理工大学 2011
[7]仿壁虎脚掌刚毛阵列接触力学分析及试验研究[D]. 赵林林.南京航空航天大学 2007
[8]油罐检测爬壁机器人技术及系统研究[D]. 田兰图.清华大学 2004
本文编号：3026864
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