基于有限元分析的空间机械臂仿真模型建立及轨迹规划研究

发布时间：2023-08-18 20:41

　　近年来,随着各国航天科技水平的不断提高,越来越多的太空任务需要由空间机械臂完成。由于空间机械臂有轻质、臂长的结构特征,挠性振动问题相对突出,对系统的稳定性产生较大影响。本文采用有限元分析的方法建立了空间机械臂仿真模型,重点研究了空间机械臂主动控制方法,开展了轨迹规划算法研究。基于Ansys Workbench仿真平台进行仿真,验证了模型建立的有效性。论文的主要研究内容如下:首先,介绍了国内外学者在空间机械臂领域的研究现状。讨论了空间机械臂建模分析及控制系统设计方法,介绍了空间机械臂轨迹规划研究成果。其次,以平面两连杆为研究对象,采用几何法及D-H参数法建立了机械臂系统的运动学模型。通过求解雅可比矩阵建立机械臂末端速度及关节速度之间的联系。采用拉格朗日法完成了机械臂系统的动力学建模,建立了力矩和关节状态变量之间的关系。再次,基于Ansys Workbench有限元仿真平台建立单自由度机械臂系统仿真模型。通过进行模态分析及瞬时动力学仿真验证了模型建立的有效性。在机械臂末端施加质量点,分析系统抓取不同重量载荷时的模态频率及振型。对PD控制、微分先行PD控制、变增益控制等主动控制方法展开研究,...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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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 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文的主要内容
第2章 空间机械臂运动学及动力学建模
    2.1 引言
    2.2 平面两连杆机械臂运动学建模
        2.2.1 平面两连杆机械臂位置级运动学
        2.2.2 平面两连杆机械臂速度级运动学
        2.2.3 平面两连杆机械臂工作空间
    2.3 平面两连杆机械臂动力学建模
    2.4 本章小结
第3章 基于ANSYS的空间机械臂仿真模型建立
    3.1 引言
    3.2 单自由度机械臂仿真模型建立及主动控制研究
        3.2.1 建立单自由度机械臂仿真模型及动力学模型
        3.2.2 仿真系统结构模态分析
        3.2.3 单自由度机械臂控制算法研究及仿真验证
            3.2.3.1 PD控制
            3.2.3.2 微分先行PD改进控制算法
            3.2.3.3 变增益控制算法
    3.3 二自由度机械臂仿真模型建立及仿真验证
        3.3.1 建立二自由度机械臂仿真模型
        3.3.2 二自由度机械臂模型仿真验证
    3.4 本章小结
第4章 基于ANSYS的空间机械臂轨迹规划研究
    4.1 引言
    4.2 空间机械臂系统轨迹规划与控制的关系
    4.3 空间机械臂轨迹规划研究及仿真
        4.3.1 5次多项式插值法
        4.3.2 梯形速度插值法
        4.3.3 笛卡尔空间点到点轨迹规划
        4.3.4 空间机械臂基座扰动最小轨迹规划
    4.4 小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3842912