在轨装配空间机械臂振动特性分析及优化控制研究

发布时间：2021-10-05 06:27

　　空间机械臂是在轨装配任务的主要执行机构,在大型空间结构装配过程中对末端动态性能有很高要求。操作过程中,机械臂末端易受起停、质量特性的改变、碰撞冲击效应等因素的影响而产生振动。但由于空间环境的特殊性,也给空间机械臂系统在轨操作的模拟验证带来困难。针对这一问题,本文分析了机械臂末端在起停与交互过程中不同结构参数与工况参数下的振动特性,设计相应的控制策略,实现对机械臂末端的振动抑制和轨迹跟踪控制。具体研究内容如下:首先,考虑了固体润滑剂对含间隙机械臂关节动态特性的影响,基于含间隙关节模型,引入关节轴向尺寸,给出了固体润滑剂作用下关节非线性法向和切向接触力的详细计算方法,并采用Newton-Euler法建立了机械臂系统动力学模型。其次,考虑到空间重力释放不仅会影响机械臂的运动行为,还会对关节摩擦特性产生影响。以实现机械臂系统精确动力学建模为目的,设计并搭建了以固体润滑机械臂关节为本体执行机构的半物理仿真试验平台,在数学仿真中接入实物对象,并根据试验结果修正关节接触力,得到了适用于不同重力环境的关节接触力模型。进一步,基于半物理仿真试验得到的非线性接触力表达式建立了机械臂模型,研究机械臂在不同结... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

ROTEX遥控机械臂（2）外部机械臂系统

c) 欧洲机械臂（ERA） d) 日本遥操作机械臂（JEMRMS）图 1-2 外部机械臂系统安装在卫星表面的空间机械臂系统则主要用于失效卫星的捕获、维护、燃料补给等在轨任务，如日本工程试验卫星-7(ETS - VII)计划[10]，美国的轨道快车（OrbitExpress，OE）计划[11]，德国的空间系统演示验证技术卫星（Technology Satellite fdemonstration and verification of Space systems，TECSAS）项目等[12]。（3）表面爬行机器人系统表面爬行机器人是一类小型机器人，可在航天器的表面“爬行”，主要用于维修精确定位等操作任务，如对指定区域进行检测以及修补表面热涂层和裂缝等，既可以自主运行，也可以遥操作。如卡耐基-梅隆大学研制的 Skyworker 机器人，通过支撑平台的反作用力运动，是一种可用于大型空间结构的自主装配、维修、监测的空间机器人[13]。

微重力模拟方法

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同重力条件下含铰间间隙空间机械臂PDμ-SMC轨迹跟踪控制[J]. 刘福才,夏威,秦利,侯甜甜,郭宇.  高技术通讯. 2017(04)
[2]含间隙运动副机构的动力学特性研究[J]. 王旭鹏,刘更,马尚君.  振动与冲击. 2016(07)
[3]考虑铰间间隙和重力效应的空间机械臂建模与控制[J]. 刘福才,侯甜甜,贾晓菁.  高技术通讯. 2015 (06)
[4]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)
[5]控制力矩受限情况下漂浮基柔性空间机械臂鲁棒自适应控制[J]. 谢立敏,陈力.  机械工程学报. 2012(21)
[6]漂浮基柔性空间机器人的鲁棒控制及振动抑制[J]. 谢立敏,陈力.  力学学报. 2012(06)
[7]含间隙碰撞振动系统的非线性振动特性[J]. 卢绪祥,刘正强,黄树红,李录平.  动力工程学报. 2012(05)
[8]美国空间交会对接测量技术发展研究[J]. 崔潇潇.  国际太空. 2011(10)
[9]从ETS-Ⅶ到HTV——日本交会对接/停靠技术研究[J]. 朱仁璋,王鸿芳,徐宇杰,魏羽良.  航天器工程. 2011(04)
[10]空间微重力环境地面模拟试验方法综述[J]. 齐乃明,张文辉,高九州,霍明英.  航天控制. 2011(03)

博士论文
[1]含间隙铰链机构非线性接触力和碰撞动力学研究[D]. 王旭鹏.西北工业大学 2016
[2]考虑铰间间隙的机构动力学特性研究[D]. 白争锋.哈尔滨工业大学 2011
[3]三维重力补偿方法与空间浮游目标模拟实验装置研究[D]. 姚燕生.中国科学技术大学 2006



本文编号：3419180