机械臂末端切割工具及操作控制的研究

发布时间：2023-04-21 23:34

　　随着航天事业的发展和航天活动的日益频繁,因故障而失效的航天器数目日益增多。废弃的故障航天器成为太空垃圾,不仅造成经济与时间上的浪费,也可能对其他航天器的正常运行产生隐患。对于这种状况,研制基于机械臂的无人在轨维修系统成为各国的重要研究内容。本文旨在设计一型机械臂的末端切割工具,用于实现故障航天器的空间在轨维修任务。依据卫星舱板与太阳翼复合材料板切割的任务和指标要求,研制出一款振动式切割工具;对工具与机械臂的操作控制进行了研究,利用Adams进行了仿真;并且进行了地面试验验证了工具设计的可行性。本课题进行了振动式切割工具的样机研制。通过分析指标要求切割的复合材料板的材料尺寸特性,确定工具的设计方案与基本参数。在此基础上,进行了工具的结构设计、传动机构设计、轴系轴承校核、电机轴动平衡,以及整机的强度校核等工作,完成了工具的样机研制。为实现工具与切割目标的柔顺接触,防止工具锯片碰撞损坏,本文对机械臂的柔顺控制方法进行了研究。采用自适应力控制:采用阻抗控制消除姿态误差,使工具与目标相对姿态稳定,并实现柔顺接触;通过直接力控制实现所需切割力的跟踪。通过自适应运动控制实现了对动态不确定性的鲁棒性,...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 空间机械臂末端工具研究综述
        1.2.1 国外在轨维修用末端工具现状
        1.2.2 国内在轨维修用末端工具现状
        1.2.3 研究现状简析
    1.3 机械臂柔顺控制研究综述
        1.3.1 被动柔顺
        1.3.2 主动柔顺
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 振动式切割工具的研制
    2.1 引言
    2.2 切割工具设计方案
        2.2.1 设计指标
        2.2.2 总体结构布局
    2.3 传动机构设计
    2.4 电机轴系设计
        2.4.1 轴系设计方案
        2.4.2 轴承选型与校核
    2.5 结构件强度仿真分析
    2.6 本章小结
第3章 机械臂柔顺切割控制方法研究
    3.1 引言
    3.2 总体控制方案
    3.3 机械臂外环力控制
        3.3.1 基于位置的阻抗控制
        3.3.2 直接力控制
        3.3.3 并行控制
    3.4 任务空间加速度规划与零空间冗余度分解
        3.4.1 任务空间加速度规划
        3.4.2 零空间冗余度分解
    3.5 自适应运动控制
        3.5.1 自适应控制律
        3.5.2 全局稳定性分析
    3.6 操作过程中的控制策略
    3.7 仿真研究
        3.7.1 系统仿真模型
        3.7.2 仿真结果
    3.8 本章小结
第4章 基于机械臂柔顺控制的模拟切割试验
    4.1 引言
    4.2 分析制定切割方案
        4.2.1 试验用切割材料分析
        4.2.2 搭建试验平台
        4.2.3 切割路径与方式
    4.3 模拟复合材料板切割与展开试验
        4.3.1 非固定回转轴下复合材料板切割展开试验
        4.3.2 固定回转轴下复合材料板切割展开试验
    4.4 模拟舱板切割试验
        4.4.1 位置控制与阻抗控制下切割力的对比分析
        4.4.2 切割方向对切割力影响分析
    4.5 双臂协同下的切割试验
        4.5.1 双臂试验系统搭建
        4.5.2 从机械臂被动柔顺下的切割试验
        4.5.3 从臂位置控制状态下的切割试验
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3796469