【摘要】：隨著當(dāng)前空間探索活動和空間非合作目標(biāo)數(shù)量的不斷增加,對當(dāng)前空間非合作目標(biāo)進(jìn)行抓捕、搬運、維修等能夠有效地維護(hù)空間環(huán)境,并能夠有效延長飛行器和衛(wèi)星的使用壽命。在此類空間維護(hù)任務(wù)中,抓捕是其中重要的研究內(nèi)容,目前國內(nèi)外空間抓捕裝置主要分為大型機械臂、小型靈巧手以及兩者配合使用的裝置,考慮抓捕目標(biāo)的空間坐標(biāo)、相關(guān)力學(xué)指標(biāo)慣性作用,且不能自主調(diào)整狀態(tài)的特點,提出一種基于四面體桁架結(jié)構(gòu)的可實現(xiàn)空間抓捕需求的抓捕機構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)對多種形狀和尺寸的目標(biāo)物體的抓捕。首先,本文完成了對所設(shè)計的抓捕裝置進(jìn)行了方案設(shè)計和基本尺寸的確定,完成了運動學(xué)和動力學(xué)分析以及仿真驗證,提出三種抓捕策略,并研制了功能樣機對抓捕策略與抓捕裝置運動過程進(jìn)行了驗證。分析了單個基本單元的運動屬性和運動特點,建立了直線推桿長度變化量與關(guān)節(jié)角度變化量之間的關(guān)系;分析基本單元的自鎖屬性,在抓捕運動范圍內(nèi)保證運動的連續(xù)性并避免自鎖現(xiàn)象的發(fā)生;通過建立基本單元的優(yōu)化模型,得到其尺寸結(jié)構(gòu)參數(shù);通過建立抓取目標(biāo)與機械結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系得到整個空間裝置的幾何參數(shù),完成整個裝置的三維設(shè)計。建立了空間抓捕裝置單臂的運動學(xué)模型,建立其位置、速度及加速度方程,通過建立D-H坐標(biāo)系,利用齊次變換建立了運動學(xué)方程,并最終確定了直線推桿變化量和裝置位姿之間的對應(yīng)關(guān)系,將尺寸優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入運動學(xué)方程,求得其參考點的運動軌跡及速度與角速度關(guān)系圖像,并通過仿真對結(jié)果進(jìn)行了驗證。在運動學(xué)基礎(chǔ)上,采用Lagrange方程法建立了針對空間抓捕裝置單臂的動力學(xué)模型,通過分析抓捕裝置抓捕過程中的速度、加速度、力矩之間的關(guān)系,分析了抓捕過程中力矩的變化關(guān)系。并基于抓捕裝置特點,提出了三種針對不同類型抓取目標(biāo)的抓取策略,并通過仿真模擬抓捕過程,得到直線推桿變化量與抓捕過程機械臂位姿的對應(yīng)關(guān)系,為樣機控制與試驗提供理論指導(dǎo)。研制抓捕裝置樣機,通過完成多組不同形狀、大小物體的抓捕試驗,采取三種抓捕策略分別抓捕不同直徑目標(biāo)物體,記錄過程中直線推桿的變化情況及目標(biāo)位姿與實際軌跡的情況,驗證理論分析的正確性。結(jié)果證明,該樣機可以對理論最大抓捕半徑物體進(jìn)行抓捕,基于該裝置提出的三種抓捕策略能夠完成對抓捕目標(biāo)的抓取。
【圖文】：

圖 1-1 第一代和第二代加拿大臂[3-4]圖 1-2 Canadarm-2 末端的靈巧機械臂及可移動機座[4]在 Canadarm-1 的基礎(chǔ)上，Canadarm-2 發(fā)射成功，并在 Canadarm-1 的協(xié)在國際空間站上。其性能更優(yōu)，可依靠航天員通過控制平臺操作桿進(jìn)行自主操控。同時其自由度為 7，重量達(dá) 1.8 噸，操控負(fù)重達(dá) 260 噸，能夠行空間作業(yè)。且機械臂的兩端都安裝有執(zhí)行器手爪機構(gòu)，可附著于任意為故定點進(jìn)行靈活機動作業(yè)。其所攜帶的機械臂如圖 1-2 所示，具有 1，能夠進(jìn)行較為精密的操作作業(yè)。此為，后期升空的可移動基座，配合

圖 1-2 Canadarm-2 末端的靈巧機械臂及可移動機座[4]在 Canadarm-1 的基礎(chǔ)上，Canadarm-2 發(fā)射成功，并在 Canadarm-1 的協(xié)裝在國際空間站上。其性能更優(yōu)，可依靠航天員通過控制平臺操作桿進(jìn)行操可自主操控。同時其自由度為 7，重量達(dá) 1.8 噸，操控負(fù)重達(dá) 260 噸，能夠進(jìn)行空間作業(yè)。且機械臂的兩端都安裝有執(zhí)行器手爪機構(gòu)，可附著于任意空構(gòu)為故定點進(jìn)行靈活機動作業(yè)。其所攜帶的機械臂如圖 1-2 所示，具有 15 度，能夠進(jìn)行較為精密的操作作業(yè)。此為，，后期升空的可移動基座，配合前端安裝的執(zhí)行器手爪機構(gòu)，任意一端都可故定于基座，基于故定于空間站構(gòu)，基于桁架機構(gòu)之間位置可調(diào)節(jié)移動，可更靈活、精準(zhǔn)地完成空間大型抓捕任務(wù)。美國研制的空間機器人項目主要有 FTS（飛行服務(wù)機器人）以及 Orbital Exp軌道快車）[5]等。其中最早開展的飛行機器人空間抓捕任務(wù)，基于在空間站常空間抓捕、裝配維修等任務(wù)的抓捕任務(wù)裝置，由兩個機械臂和一個定位裝
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V423

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 苗廣威;冉紅東;;新型交錯桁架結(jié)構(gòu)體系的反應(yīng)譜分析[J];水利與建筑工程學(xué)報;2012年06期

2 王繼翔;;對交錯桁架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用淺析[J];建材與裝飾(下旬刊);2008年02期

3 許紅勝;周緒紅;蔣建國;;交錯桁架結(jié)構(gòu)體系的若干構(gòu)造設(shè)計問題[J];建筑結(jié)構(gòu);2006年08期

4 孫煥純,王躍方;對桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析經(jīng)典理論的討論[J];計算力學(xué)學(xué)報;2005年03期

5 安偉光,蔡蔭林;冗余桁架結(jié)構(gòu)的故障分析[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報;1989年04期

6 王聲堯;;某工程桁架結(jié)構(gòu)拼裝順序研究[J];江蘇建筑;2015年S1期

7 陳艷芬;;不同形式交錯桁架結(jié)構(gòu)性能的比選[J];四川建材;2013年06期

8 游昕穎;程國祥;;斜拉立體桁架結(jié)構(gòu)豎向風(fēng)及水平風(fēng)作用下分析[J];科協(xié)論壇(下半月);2013年01期

9 雷慶關(guān);邱維;;交錯桁架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析[J];安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2013年01期

10 ;具有自調(diào)節(jié)防災(zāi)功能的桁架結(jié)構(gòu)[J];技術(shù)與市場;2012年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 徐友良;;桁架結(jié)構(gòu)大變形問題的位置解法[A];第18屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅰ冊[C];2009年

2 盧立飛;劉曉平;;高聳桁架結(jié)構(gòu)動態(tài)特性研究[A];機械動力學(xué)理論及其應(yīng)用[C];2011年

3 王躍方;孫煥純;劉春良;;受穩(wěn)定性約束的扁桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

4 毛東建;;基于應(yīng)變模態(tài)對桁架結(jié)構(gòu)損傷識別的實驗探討[A];第十屆全國建設(shè)工程無損檢測技術(shù)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2008年

5 周元;余繼軍;;桁架結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計探討[A];第四屆全國鋼結(jié)構(gòu)工程技術(shù)交流會論文集[C];2012年

6 宮彩鳳;;關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中拱桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[A];2014年全國科技工作會議論文集[C];2014年

7 周緒紅;;交錯桁架結(jié)構(gòu)體系的研究與展望——第十屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議特邀報告[A];第十屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅰ卷[C];2001年

8 趙啟林;李飛;徐康;;新型復(fù)合材料桁架結(jié)構(gòu)靜載實驗研究[A];第七屆全國建設(shè)工程FRP應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2011年

9 梁宇;;多索預(yù)應(yīng)力桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[A];2014年全國科技工作會議論文集[C];2014年

10 張鳳文;劉錫良;;雙矩形鋼管梁式弦桁架結(jié)構(gòu)分析與試驗研究[A];管結(jié)構(gòu)技術(shù)交流會論文集[C];2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 歐笛聲;含自重載荷桁架結(jié)構(gòu)若干函數(shù)的特性及桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化算法研究[D];廣西大學(xué);2015年

2 安海;桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析方法的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

3 王有懿;航天器桁架結(jié)構(gòu)中高頻抖動動力學(xué)分析與主動控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

4 苗吉;改進(jìn)型混合式交錯桁架鋼結(jié)構(gòu)體系抗震性能及破壞機理研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

5 楊文偉;鋼結(jié)構(gòu)交錯桁架體系的高等分析[D];蘭州大學(xué);2013年

6 冉紅東;鋼交錯桁架結(jié)構(gòu)體系在循環(huán)荷載作用下的破壞機理及抗震設(shè)計對策[D];西安建筑科技大學(xué);2008年

7 龍連春;智能桁架結(jié)構(gòu)受力性態(tài)最優(yōu)控制的建模與分析[D];北京工業(yè)大學(xué);2003年

8 郭慶生;帶填充墻鋼交錯桁架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究[D];北京交通大學(xué);2013年

9 鞠蘇;復(fù)合材料桁架彎曲特性與非線性約束優(yōu)化設(shè)計[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

10 楊多和;可靠性分析在壓電主動桿元桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的應(yīng)用[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 鄭威;桁架式空間核動力飛行器動力學(xué)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 香世貴;基于四面體桁架結(jié)構(gòu)的空間抓捕機構(gòu)設(shè)計與試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 呂正洋;變形翼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計與變形特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

4 蔣鑫;航天器平面鉸接桁架結(jié)構(gòu)非線性動力學(xué)特性分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 趙廷廷;某鋼桁架橋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究[D];河北工程大學(xué);2019年

6 林猛峰;桁架結(jié)構(gòu)在隨機荷載下拓?fù)鋬?yōu)化及減震設(shè)計[D];華南理工大學(xué);2019年

7 白魯帥;基于隔離損傷的桁架結(jié)構(gòu)性態(tài)識別[D];大連理工大學(xué);2018年

8 王加華;改進(jìn)蟻群算法及其在桁架結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用[D];河北工程大學(xué);2018年

9 連思達(dá);某鋼管桁架棧橋工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];河北工程大學(xué);2018年

10 李濟坤;考慮不確定性的桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計[D];石家莊鐵道大學(xué);2018年

本文編號：2696716