大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)及其抑振控制研究.pdf

1、緊隨人類(lèi)太空探索的腳步,作為航天領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)標(biāo)志之一的空間機(jī)器人技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。服務(wù)于空間站等大型在軌設(shè)備的大型空間機(jī)械臂系統(tǒng)成為空間機(jī)器人技術(shù)研究的焦點(diǎn)之一。結(jié)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)研項(xiàng)目“大型空間機(jī)械臂系統(tǒng)研制”,本文開(kāi)展了大型空間機(jī)械臂系統(tǒng)的關(guān)節(jié)子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究,研制了關(guān)節(jié)地面原理樣機(jī),并對(duì)其抑振控制方法作了相關(guān)研究。
　　本文研制了一種集機(jī)構(gòu)、傳感、驅(qū)動(dòng)、控制、電源、通訊于一體的新型高集成度、高精度的模塊化大型空間機(jī)械

2、臂關(guān)節(jié)。由于空間微重力環(huán)境對(duì)機(jī)械臂各關(guān)節(jié)力矩影響很小,故本文在關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)中采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,大大縮短了機(jī)械臂整體的研發(fā)周期,降低了研制費(fèi)用,同時(shí)使系統(tǒng)更加易于維護(hù);關(guān)節(jié)采用大中心孔實(shí)現(xiàn)內(nèi)部走線方式,有效保護(hù)了線纜,降低空間惡劣環(huán)境的影響。本文還研制了幾種關(guān)節(jié)輔助功能部件,包括可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)機(jī)械限位并擴(kuò)展位置傳感器量程的機(jī)電限位裝置、用于失電等緊急情況的應(yīng)急手動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)在軌維護(hù)的快換連接接口等。
　　為提高機(jī)械臂及其關(guān)節(jié)系

3、統(tǒng)的智能性,本文在關(guān)節(jié)中集成了豐富的傳感器,設(shè)計(jì)了關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng),為關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制提供了可靠的信息來(lái)源。在組成關(guān)節(jié)傳感系統(tǒng)的各個(gè)傳感器中,位置傳感器、力矩傳感器、電流傳感器用于采集關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)所需反饋/前饋信號(hào),溫度傳感器用于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)溫控功能,保障了整個(gè)關(guān)節(jié)系統(tǒng)的工作環(huán)境。
　　本文對(duì)大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)的抑振控制進(jìn)行了理論研究,建立了柔性關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)與數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了仿真分析;實(shí)現(xiàn)了一種基于關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃的三環(huán) PD控制策略,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)