【摘要】：為了保持太空活動的可持續(xù)發(fā)展,各國開始發(fā)展在軌服務(wù)技術(shù)。在軌捕獲技術(shù)是在軌服務(wù)的前提和關(guān)鍵。本文針對用于在軌捕獲的機(jī)械臂末端執(zhí)行器,即抓捕工具,研制了抓捕工具的控制器,制定了抓捕工具的伺服控制策略,并進(jìn)行了地面試驗(yàn),驗(yàn)證了抓捕工具的捕獲性能。本文首先進(jìn)行了抓捕工具的傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。抓捕工具設(shè)計(jì)集成了視覺、位置、電流及溫度多種傳感器,具有豐富的感知能力,能夠充分感知自身狀態(tài)以及捕獲目標(biāo)狀態(tài)。針對空間的復(fù)雜條件,抓捕工具的電氣系統(tǒng)具有高可靠性、高集成度、低功耗的特點(diǎn)。其次,分析了抓捕工具的捕獲過程,將其分為三個階段:合攏階段、拖動階段和鎖緊階段。根據(jù)各個階段的功能需求,提出了速度控制和力矩控制的復(fù)合伺服控制策略。在合攏和拖動階段采用速度控制,在鎖緊階段采用力矩控制。速度控制采用速度環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制,保證了速度響應(yīng)的快速性。力矩控制采用基于鎖緊力模型的前饋控制。為了簡化系統(tǒng),通過檢測母線電流,重構(gòu)電機(jī)相電流,進(jìn)而完成電流環(huán)閉環(huán)。在Simulink中建立了伺服控制模型,并進(jìn)行了控制仿真。然后,完成了基于反熔絲FPGA的控制器設(shè)計(jì)。采用硬件編程語言,實(shí)現(xiàn)了AD轉(zhuǎn)換器SPI接口采集功能、監(jiān)測位輸入接口采集功能、直流無刷電機(jī)的PWM方波調(diào)制、實(shí)時計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)速度環(huán)和電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)、電機(jī)抱閘的控制及與外部串口總線通訊。通過Modelsim對各個模塊進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。最后,進(jìn)行了抓捕工具控制器性能測試和捕獲實(shí)驗(yàn)。搭建了控制器測試實(shí)驗(yàn)平臺,對電流環(huán)和速度環(huán)進(jìn)行性能測試,結(jié)果表明電流響應(yīng)和速度響應(yīng)均能夠滿足捕獲功能的需求。搭建了模擬捕獲實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行了捕獲實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)證明抓捕工具能夠在規(guī)定時間內(nèi)完成對目標(biāo)的捕獲。
【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】：TP241
【圖文】：

圖 1-1 FREND 抓捕對接環(huán)DS 項(xiàng)目演示系統(tǒng)(OEDS) 由美國國防高級研究計(jì)劃局提出，服務(wù)方面的技術(shù)可行性，包括衛(wèi)星加油和各種機(jī)器星組成，服務(wù)衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，于EDS 的捕獲系統(tǒng)由一個六自由度的機(jī)械臂和末端執(zhí)標(biāo)衛(wèi)星[13]。OEDS 通過捕獲系統(tǒng)演示了自主在軌衛(wèi)星獲、停泊、加油和組件轉(zhuǎn)移。RT-OLEV 項(xiàng)目LEV(smart orbital life extension vehicle)是由歐洲 O 公司、西班牙 Sener 公司及瑞典 SPACE 公司聯(lián)合開旨在延長地球靜止軌道通信衛(wèi)星的壽命。SMART-的方式來抓捕目標(biāo)衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點(diǎn)噴管，如圖 1-3 所示緊機(jī)構(gòu)、末梢傳感器、感應(yīng)傳感器和激光傳感器組成入衛(wèi)星噴管內(nèi)，其末端冠狀擴(kuò)展機(jī)構(gòu)深入噴管的喉部

（2） OEDS 項(xiàng)目軌道快車演示系統(tǒng)(OEDS) 由美國國防高級研究計(jì)劃局提出，旨在證明自主技術(shù)在軌道衛(wèi)星服務(wù)方面的技術(shù)可行性，包括衛(wèi)星加油和各種機(jī)器人操作[12] [13]。OEDS 由兩個衛(wèi)星組成，服務(wù)衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，于 2007 年 3 月發(fā)射升空[13]。OEDS 的捕獲系統(tǒng)由一個六自由度的機(jī)械臂和末端執(zhí)行器組成，用于捕獲和服務(wù)目標(biāo)衛(wèi)星[13]。OEDS 通過捕獲系統(tǒng)演示了自主在軌衛(wèi)星服務(wù)所需的技術(shù)：交會、捕獲、停泊、加油和組件轉(zhuǎn)移。（3）SMART-OLEV 項(xiàng)目SMART-OLEV(smart orbital life extension vehicle)是由歐洲 OSSL 公司、德國Kayser-Threde 公司、西班牙 Sener 公司及瑞典 SPACE 公司聯(lián)合開發(fā)的一項(xiàng)研究計(jì)劃[14,15]，該計(jì)劃旨在延長地球靜止軌道通信衛(wèi)星的壽命。SMART-OLEV 采用伸縮臂與抓捕工具的方式來抓捕目標(biāo)衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點(diǎn)噴管，如圖 1-3 所示。抓捕工具主要由冠狀擴(kuò)展鎖緊機(jī)構(gòu)、末梢傳感器、感應(yīng)傳感器和激光傳感器組成。該機(jī)構(gòu)在伸縮臂帶動下插入衛(wèi)星噴管內(nèi)，其末端冠狀擴(kuò)展機(jī)構(gòu)深入噴管的喉部，然后擴(kuò)展機(jī)構(gòu)張開，鎖緊噴管喉部，從而完成抓捕。

（2） OEDS 項(xiàng)目軌道快車演示系統(tǒng)(OEDS) 由美國國防高級研究計(jì)劃局提出，旨在證明自主技術(shù)在軌道衛(wèi)星服務(wù)方面的技術(shù)可行性，包括衛(wèi)星加油和各種機(jī)器人操作[12] [13]。OEDS 由兩個衛(wèi)星組成，服務(wù)衛(wèi)星和目標(biāo)衛(wèi)星，如圖 1-2 所示，于 2007 年 3 月發(fā)射升空[13]。OEDS 的捕獲系統(tǒng)由一個六自由度的機(jī)械臂和末端執(zhí)行器組成，用于捕獲和服務(wù)目標(biāo)衛(wèi)星[13]。OEDS 通過捕獲系統(tǒng)演示了自主在軌衛(wèi)星服務(wù)所需的技術(shù)：交會、捕獲、停泊、加油和組件轉(zhuǎn)移。（3）SMART-OLEV 項(xiàng)目SMART-OLEV(smart orbital life extension vehicle)是由歐洲 OSSL 公司、德國Kayser-Threde 公司、西班牙 Sener 公司及瑞典 SPACE 公司聯(lián)合開發(fā)的一項(xiàng)研究計(jì)劃[14,15]，該計(jì)劃旨在延長地球靜止軌道通信衛(wèi)星的壽命。SMART-OLEV 采用伸縮臂與抓捕工具的方式來抓捕目標(biāo)衛(wèi)星的遠(yuǎn)地點(diǎn)噴管，如圖 1-3 所示。抓捕工具主要由冠狀擴(kuò)展鎖緊機(jī)構(gòu)、末梢傳感器、感應(yīng)傳感器和激光傳感器組成。該機(jī)構(gòu)在伸縮臂帶動下插入衛(wèi)星噴管內(nèi)，其末端冠狀擴(kuò)展機(jī)構(gòu)深入噴管的喉部，然后擴(kuò)展機(jī)構(gòu)張開，鎖緊噴管喉部，從而完成抓捕。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 姚志英;吳夢委;姚瀅瀅;;一種瓶裝藥品抓取末端執(zhí)行器的研究[J];制造業(yè)自動化;2019年02期

2 韓綠化;葉夢蝶;翟曉南;張飛;劉洋;毛罕平;;T型開合槽型輔推機(jī)械式取苗末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)[J];農(nóng)機(jī)化研究;2018年01期

3 付舜;王毅;;類球果蔬采摘末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)及分析[J];湖南農(nóng)業(yè)科學(xué);2017年03期

4 李震宇;田威;廖文和;;用于復(fù)材自動鉆鉚末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J];機(jī)電一體化;2016年05期

5 張國龍;張杰;蔣亞南;楊桂林;張馳;;機(jī)器人力控末端執(zhí)行器綜述[J];工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào);2018年06期

6 鄭柏;錢瑞明;;一種用于排爆作業(yè)的可快速更換末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)[J];機(jī)械制造與自動化;2019年04期

7 張秋菊;張進(jìn);孫沂琳;;食品機(jī)器人末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀與展望[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程;2018年05期

8 李鵬程;田威;廖文和;;基于雙機(jī)器人裝配系統(tǒng)的多功能末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)[J];機(jī)電一體化;2014年05期

9 韋家增;;農(nóng)用機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)方法探討[J];湖北農(nóng)機(jī)化;2019年02期

10 張炳超;夏紅梅;趙潤茂;劉孟夫;郭英祺;;番木瓜采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)研究[J];現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備;2018年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王軍南;叢爽;;基于視覺的機(jī)械臂末端執(zhí)行器坐標(biāo)獲取[A];2007系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

2 王晉生;蔡光起;原所先;胡明;史家順;;基于微分變換的機(jī)器人誤差分析[A];企業(yè)應(yīng)用集成系統(tǒng)與技術(shù)學(xué)術(shù)研究會論文集[C];2006年

3 韓波;郭為忠;鄒慧君;張青;;混合驅(qū)動五桿機(jī)構(gòu)軌跡規(guī)劃及常數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響分析[A];第十四屆全國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)研討會暨第二屆海峽兩岸機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2004年

4 黃心漢;王敏;呂遐東;;基于顯微視覺的靶裝配微型智能機(jī)器人研究[A];第八屆全國核靶技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文摘要集[C];2004年

5 張秋菊;孫沂琳;王琨;;新型仿生柔性腕手研究進(jìn)展[A];中國機(jī)械工程學(xué)會機(jī)械自動化分會&中國自動化學(xué)會制造技術(shù)專委會學(xué)術(shù)工作進(jìn)展報(bào)告 2017[C];2017年

6 李卓堯;;機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的模型淺析[A];《同行》2015年9月（上）[C];2015年

7 黃誠;劉華平;左小五;朱記全;胡才紅;孫富春;;基于Kinect的人機(jī)協(xié)作[A];2013年中國智能自動化學(xué)術(shù)會議論文集（第四分冊）[C];2013年

8 陳樹人;姜麗萍;;成熟番茄力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)研究[A];2007年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2007年

9 錢震杰;章定國;;柔性機(jī)械臂含摩擦碰撞動力學(xué)研究[A];第十屆動力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2016年

10 李凡;汪法根;;一種機(jī)器人特殊手部機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[A];中國工程物理研究院科技年報(bào)（2001）[C];2001年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 中國工業(yè)報(bào)記者 楊紅英;世界機(jī)器人大會開幕 面臨重大發(fā)展機(jī)遇[N];中國工業(yè)報(bào);2017年

2 中國工業(yè)報(bào)記者 徐斌;安徽出臺支持政策 加快快器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];中國工業(yè)報(bào);2018年

3 合肥晚報(bào) ZAKER合肥記者 吳奇;合肥“重金”獎補(bǔ)支持機(jī)器人產(chǎn)業(yè)[N];合肥晚報(bào);2019年

4 記者王華楠;果蔬無損抓取有創(chuàng)新[N];中國技術(shù)市場報(bào);2010年

5 本報(bào)記者 劉錕;上海引領(lǐng)國產(chǎn)機(jī)器人邁向中高端[N];解放日報(bào);2017年

6 記者 吳量亮;我省十條新政加快機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];安徽日報(bào);2018年

7 本報(bào)記者 張文連 實(shí)習(xí)記者 張宇辰;安徽機(jī)器人產(chǎn)業(yè)“補(bǔ)鏈”[N];安徽經(jīng)濟(jì)報(bào);2018年

8 王小月;不是黑科技 不是噱頭 機(jī)器人時代真的來了[N];中國消費(fèi)者報(bào);2018年

9 中國工業(yè)報(bào)實(shí)習(xí)記者 霍悅;應(yīng)用場景拓展 機(jī)器人多領(lǐng)域角逐拉開序幕[N];中國工業(yè)報(bào);2019年

10 戴小河;政策力促機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N];中國證券報(bào);2016年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 吳軍;面向空間載荷更換的三指式末端執(zhí)行器及操作控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 黃彪;枇杷剪枝機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究[D];華南理工大學(xué);2016年

3 王學(xué)林;農(nóng)業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器抓持力控制研究[D];南京農(nóng)業(yè)大學(xué);2009年

4 韓鋒;空間自定位機(jī)械臂末端執(zhí)行器及其捕獲與鎖緊的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

5 童俊華;蔬菜缽苗穴盤間移栽執(zhí)行器設(shè)計(jì)、移栽信息檢測與路徑規(guī)劃[D];浙江大學(xué);2014年

6 李艷;二自由度冗余驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人的動力學(xué)建模及控制研究[D];山東大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 林寶泉;陸地鉆井平臺機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D];華中科技大學(xué);2019年

2 伍輯軍;采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)與抓取特性研究[D];天津農(nóng)學(xué)院;2018年

3 申團(tuán)輝;穴盤苗移栽機(jī)末端執(zhí)行器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)研究[D];石河子大學(xué);2019年

4 張旭東;研磨拋光機(jī)器人恒力打磨末端執(zhí)行器的研究與設(shè)計(jì)[D];中國石油大學(xué)(北京);2018年

5 薛允成;鈦合金熱成形取件及上料系統(tǒng)機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)[D];沈陽航空航天大學(xué);2019年

6 楊浩然;基于機(jī)器人系統(tǒng)的自動鉆鉚末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)[D];沈陽航空航天大學(xué);2019年

7 矯日華;抓捕工具控制器及伺服控制策略研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

8 戎毫;基于果梗分離采摘方式的獼猴桃采摘末端執(zhí)行器研制[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

9 劉浩洲;基于信息感知的獼猴桃噴霧授粉方法研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2019年

10 申大帥;基于甘藍(lán)缽苗力學(xué)特性的取苗末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

本文編號：2798121