本文關(guān)鍵詞：考慮諧波傳動滯后的柔性空間機械臂運動精度，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第49卷第23期

2013年12月 機 械 工 程 學(xué) 報 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.49 No.23 Dec. 2013

DOI：10.3901/JME.2013.23.074

考慮諧波傳動滯后的柔性空間機械臂運動精度

谷勇霞1 趙杰亮2 閻紹澤2 吳嘉寧2

(1. 北京工商大學(xué)材料與機械工程學(xué)院 北京 100048；

2. 清華大學(xué)機械工程系 北京 100084)

*

摘要：空間機械臂是完成釋放、回收衛(wèi)星以及空間站在軌裝配、維修等多種任務(wù)的航天器重要維護工具，，其末端執(zhí)行器運動軌跡的精度優(yōu)劣直接關(guān)系到航天工作任務(wù)的成敗�，F(xiàn)有空間機械臂多采用諧波傳動作為減速機構(gòu)，該減速機構(gòu)會產(chǎn)生運動滯后效應(yīng)。結(jié)合諧波減速器傳動滯后模型，基于Rayleigh-Ritz 法給出考慮臂桿柔性與諧波傳動運動滯后的動力學(xué)方程。提出描述輸出誤差的精度指標(biāo)，研究臂桿剛度與滯后相位角對輸出精度特性的影響，得到了對空間機械臂工程設(shè)計有一定參考意義的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：柔性空間機械臂 諧波傳動 運動滯后 輸出精度

中圖分類號：TH113

Kinematic Accuracy of the Flexible Space Manipulator with

Harmonic Drive

GU Yongxia1 ZHAO Jieliang2 YAN Shaoze2 WU Jianing2

(1. School of Material and Mechanical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048;

2. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)

Abstract：Space manipulator is an important tool of spacecraft to complete a variety of tasks, such as release and retracting of satellite, assembly and maintenance of space station in orbit. The trajectory precision of the end effector determines whether the mechanism performs normally or not. Nowadays the harmonic drive is widely used as the reducer in the space manipulator, which may lead to the kinematic hysteresis for application. The hysteresis of harmonic reducer is analyzed, and the dynamics equations with hysteretic characteristic for flexible space manipulator is shown based on Rayleigh-Ritz method. In order to describe the output error, the precision indices are proposed. The relation among the hysteresis angle, rigidity and the output accuracy is revealed. The results can be used in designing and optimizing the key dynamic parameters future space manipulators.

Key words：Flexible space manipulator Harmonic drive Motion hysteresis Output accuracy

0 前言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，加拿大、俄羅斯、德國、

日本等國都相繼掌握了空間機械臂技術(shù)，并已經(jīng)應(yīng)

用于衛(wèi)星、航天飛機以及國際空間站等諸多航天

[1-6]器。最具代表性的空間機械臂為加拿大和NASA

聯(lián)合研制的國際空間站美國艙段(圖1)上的機械臂

Canadarm 2。該機械臂的專用靈巧操作臂由兩個柔

性臂和一個基座組成，臂桿總長為17.6 m。機械臂

[7]質(zhì)量約1 800 kg，負(fù)載能力可達116 000 kg。圖1

* 國家自然科學(xué)基金(11272171)和高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金

(20120002110070)資助項目。20130312收到初稿，20130924收到修改稿 為Canadarm 2輔助航天員進行艙外活動的照片。 圖1 國際空間站美國艙段上的機械臂Canadarm 2 現(xiàn)有空間機械臂鉸關(guān)節(jié)一般采用諧波傳動作

  本文關(guān)鍵詞：考慮諧波傳動滯后的柔性空間機械臂運動精度，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。