空间机械臂六维力/力矩传感器及其在线标定的研究

发布时间：2025-03-29 23:20

　　空间机械臂是空间站建设、维护维修、运营管理及辅助宇航员出舱等任务的重要工具之一。根据我国空间站任务的迫切需求,本文对空间站所需的空间机械臂在进行精细、复杂操作任务及力控制、运动柔顺控制时所需的关键力感知技术进行了深入研究。旨在研制出一种具有良好一致性、高可靠性、高精确度、高刚度、高灵敏度、良好集成性、具有零点漂移和温度漂移补偿且具有过载保护的六维力/力矩传感器,并围绕六维力/力矩传感器的优化、静态特性和温度漂移补偿及在线标定等问题开展深入的研究。本论文将显著提高我国在该领域的研究水平,并为国家空间站项目的顺利实施提供有力保障。针对传统上六维力/力矩传感器常采用试凑法设计,从而导致其在很大程度上依赖于设计者的经验和能力,且往往无法获取性能最优的传感器模型等缺点,本文提出了一种基于响应面方法的六维力/力矩传感器优化方法,并以空间机械臂六维力/力矩传感器弹性体的优化为例进行了说明。该方法通过合理安排试验设计,只需要少量精确的有限元计算,就能利用响应面方法拟合出足够精度的传感器近似数学模型。以拟合的传感器数学模型为基础,以传感器应变柔顺矩阵的条件数最小为优化目标,以弹性体的结构参数作为设计变量,...

【文章页数】：137 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1北京邮电大学的机械手系统

臂的相关工作进行了研究。如潘博等针对空间大型机械臂关节多级齿轮传动系统进行了建模和分析研究[28]；孙敬颋开展了基于谐波传动的空间站大型机械臂的关节及其制动性能的研究工作[29]；丰飞、韩峰等针对空间站机械臂的末端作用器进行了研究[30,31]；此外郭闯强对空间机械臂关节控制系统....

图1-2哈工大的空间大型机械臂原理样机Fig.1-2TheprototypemanipulatorofHIT

臂的相关工作进行了研究。如潘博等针对空间大型机械臂关节多级齿轮传动系统进行了建模和分析研究[28]；孙敬颋开展了基于谐波传动的空间站大型机械臂的关节及其制动性能的研究工作[29]；丰飞、韩峰等针对空间站机械臂的末端作用器进行了研究[30,31]；此外郭闯强对空间机械臂关节控制系统....

图1-3三垂直筋式弹性体Fig.1-3Tri-verticalelastomer

但其刚度较低，如图1-4所示。同一时期，美国斯坦福大学人工智能研究计了一种十字交叉梁结构的六维腕力传感器，其采用了“马提斯十字梁”(Malteross)结构，至今仍然是应用最广泛的一种结构，如图1-5所示。该传感器弹性优点是结构对称，同时降低了高度使得传感器结构紧凑，并且维间....

图1-4筒形弹性体Fig.1-4cylinderelastomer

但其刚度较低，如图1-4所示。同一时期，美国斯坦福大学人工智能研究计了一种十字交叉梁结构的六维腕力传感器，其采用了“马提斯十字梁”(Malteross)结构，至今仍然是应用最广泛的一种结构，如图1-5所示。该传感器弹性优点是结构对称，同时降低了高度使得传感器结构紧凑，并且维间....

本文编号：4037811