面向空间在轨作业的链式可重构机械臂研究
发布时间：2021-09-15 22:34
人类探索太空的脚步从未停歇,航天工程也随之快速发展,面对复杂的太空环境,多用途的空间机械臂的应用需求逐渐增长。然而由于在太空中的特殊环境和真空中无人复杂任务需求,传统机械臂方案如果应用到执行空间在轨任务时面临着构型单一、执行功能类型局限性、缺乏自主运动能力等缺点。同时在空间任务中,所有功能性结构都会面临装置重量限制与空间体积的限制,需要在尽量小的重量内,实现该空间机械臂的多种任务需求。为解决在轨机械臂的重量与多功能应用的问题,本文研究了一种可实现快速重构的链式模块化机械臂,该机械臂由不同类型的重构最小关节单元和主动与被动两种快速重构对接口构成,能够按照任务需求改变自己的构型。每个机械臂的最小单元中包含有对接口系统、模块化运动系统、和电气系统。本文中设计的链式多自由度模块化机械臂。单个关运动关节由电机和谐波减速器以直连的形式构成俯仰驱动关节和旋转驱动关节,在每个关节的传感器系统有温度传感器、关节旋转角度传感器、驱动电流检测和行程开关。主动对接头是该机械臂对接过程中的主要接头,设计采用记忆合金双向旋转驱动器进行驱动对接,凸轮机构和四个转动钩爪作为执行机构。被动对接头被动接口由被动连接电路板...
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿人型双臂机械臂宇航员系统R2加拿大的移动服务系统（MobileBaseSystem,MBS）由空间站的遥控机械手系统
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3图1-1仿人型双臂机械臂宇航员系统R2加拿大的移动服务系统（MobileBaseSystem,MBS）由空间站的遥控机械手系统（SpaceStationRemoteManipulatorSystem,SSRMS）以及专用灵巧机械臂组成，通过改变锁紧位置，它可以在空间站外表面爬行，如图1-2所示。该机械臂为串联机械臂结构，整体构型庞大复杂，并且难以避免关节震动，导致它的的机械臂控制系统复杂，难以适应狭小空间环境。图1-2加拿大的移动服务系统MBS研究机械臂在桁架上的的攀爬方式对空间机械臂作业具有较大的帮助。以色列的BenjaminJenett和DanielCellucci提出了一种专门用于攀爬周期性桁架的
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4“relativerobot”机械臂，如图1-3所示。这种机械臂通过一种专用的夹持器夹持在桁架的节点位置处，具备垂直攀爬，水平攀爬，在垂直角度的桁架杆件间以及在桁架内部攀爬的能力，同时可以在一个平面上沿桁架的多个方向移动，到达桁架上任意位置，实现更大范围的操作。这种机械臂在桁架上移动灵活且路径规划简单，但受到结构的限制它只能适用于固定长度的桁架[15]。图1-3以色列开发的可到达桁架任意位置的“relativerobot”美国麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology,MIT）和英国剑桥大学（UniversityofCambridge,UC）联合开发了一种单链式串联机械臂[16]，具有8个自由度。机械臂的轴线位置相互平行，同时与末端夹持器的关节轴线垂直。如图1-4所示。这种机械臂具有灵活的运动性和良好的避障能力。机械臂的链式方案末端的电机承受较大的转动惯量，负担过大。而且避障步态速度慢，转角大，不具备三维空间移动能力。图1-4麻省理工与剑桥大学联合开发的8自由度单链式串联机械臂美国的杨伯翰大学（BrighamYoungUniversity,BYU）提出另外一种单链式8自由度串联机械臂[14]，如图1-5所示。类似于MIT和UC联合开发的单链串联机械臂，这种机械臂同样具有两个末端夹持器。但是杨伯翰大学开发的这款机械臂的转动关节间杆件不是直线，即两相邻转动关节总有一定的角度。利用两相邻转动关节间角度以及各关节的协调转动，可以实现在一端夹持器固定时另一端夹持
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间机械臂技术发展综述[J]. 刘宏,蒋再男,刘业超. 载人航天. 2015(05)
[2]考虑多传感器故障的可重构机械臂主动取代分散容错控制[J]. 赵博,李元春. 控制与决策. 2014(02)
[3]空间站机械臂研究[J]. 张凯锋,周晖,温庆平,桑瑞鹏. 空间科学学报. 2010(06)
硕士论文
[1]基于自适应动态规划的可重构机械臂容错控制方法研究[D]. 夏宏兵.长春工业大学 2017
[2]可重构机械臂普适性运动学建模及任务规划方法研究[D]. 吴楚锋.北京邮电大学 2013
本文编号：3396939
【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】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
仿人型双臂机械臂宇航员系统R2加拿大的移动服务系统（MobileBaseSystem,MBS）由空间站的遥控机械手系统
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3图1-1仿人型双臂机械臂宇航员系统R2加拿大的移动服务系统（MobileBaseSystem,MBS）由空间站的遥控机械手系统（SpaceStationRemoteManipulatorSystem,SSRMS）以及专用灵巧机械臂组成，通过改变锁紧位置，它可以在空间站外表面爬行，如图1-2所示。该机械臂为串联机械臂结构，整体构型庞大复杂，并且难以避免关节震动，导致它的的机械臂控制系统复杂，难以适应狭小空间环境。图1-2加拿大的移动服务系统MBS研究机械臂在桁架上的的攀爬方式对空间机械臂作业具有较大的帮助。以色列的BenjaminJenett和DanielCellucci提出了一种专门用于攀爬周期性桁架的
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4“relativerobot”机械臂，如图1-3所示。这种机械臂通过一种专用的夹持器夹持在桁架的节点位置处，具备垂直攀爬，水平攀爬，在垂直角度的桁架杆件间以及在桁架内部攀爬的能力，同时可以在一个平面上沿桁架的多个方向移动，到达桁架上任意位置，实现更大范围的操作。这种机械臂在桁架上移动灵活且路径规划简单，但受到结构的限制它只能适用于固定长度的桁架[15]。图1-3以色列开发的可到达桁架任意位置的“relativerobot”美国麻省理工学院（MassachusettsInstituteofTechnology,MIT）和英国剑桥大学（UniversityofCambridge,UC）联合开发了一种单链式串联机械臂[16]，具有8个自由度。机械臂的轴线位置相互平行，同时与末端夹持器的关节轴线垂直。如图1-4所示。这种机械臂具有灵活的运动性和良好的避障能力。机械臂的链式方案末端的电机承受较大的转动惯量，负担过大。而且避障步态速度慢，转角大，不具备三维空间移动能力。图1-4麻省理工与剑桥大学联合开发的8自由度单链式串联机械臂美国的杨伯翰大学（BrighamYoungUniversity,BYU）提出另外一种单链式8自由度串联机械臂[14]，如图1-5所示。类似于MIT和UC联合开发的单链串联机械臂，这种机械臂同样具有两个末端夹持器。但是杨伯翰大学开发的这款机械臂的转动关节间杆件不是直线，即两相邻转动关节总有一定的角度。利用两相邻转动关节间角度以及各关节的协调转动，可以实现在一端夹持器固定时另一端夹持
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间机械臂技术发展综述[J]. 刘宏,蒋再男,刘业超. 载人航天. 2015(05)
[2]考虑多传感器故障的可重构机械臂主动取代分散容错控制[J]. 赵博,李元春. 控制与决策. 2014(02)
[3]空间站机械臂研究[J]. 张凯锋,周晖,温庆平,桑瑞鹏. 空间科学学报. 2010(06)
硕士论文
[1]基于自适应动态规划的可重构机械臂容错控制方法研究[D]. 夏宏兵.长春工业大学 2017
[2]可重构机械臂普适性运动学建模及任务规划方法研究[D]. 吴楚锋.北京邮电大学 2013
本文编号：3396939
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