針對太空望遠(yuǎn)鏡的在軌組裝而言,其組裝工序多、工位變化多樣,而且精度要求高。本課題研究的可伸縮空間機(jī)械臂臂桿,可以通過伸縮來改變機(jī)械臂的長度,適應(yīng)望遠(yuǎn)鏡直徑的變化,并解決空間機(jī)械臂運(yùn)載問題。首先,本文根據(jù)項目的具體設(shè)計指標(biāo),完成了可伸縮空間機(jī)械臂桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用一種被動伸縮,主動鎖緊的伸縮方案,并將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)引入到鎖緊裝置中。通過Adams對鎖緊方案進(jìn)行動力學(xué)仿真分析,驗證該方案可以有效減小鎖緊運(yùn)動的驅(qū)動力矩,以及機(jī)械臂工作狀態(tài)下對于鎖緊裝置的反向力矩。并利用仿真以及計算所得數(shù)據(jù),對相應(yīng)的電氣元件,諧波減速器進(jìn)行選型。本文利用臂桿伸縮的能量來驅(qū)動收放線裝置,并創(chuàng)新性的將剪叉機(jī)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),應(yīng)用到導(dǎo)線收放線裝置中,保證了導(dǎo)線的固定性以及自身安全性。并通過有限元分析對臂桿整體和關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜力學(xué)校核。之后,對機(jī)械臂的伸縮運(yùn)動進(jìn)行軌跡規(guī)劃。將伸縮運(yùn)動簡化為3個關(guān)節(jié)和2根伸縮臂桿的運(yùn)動。對臂桿的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行分析,基于關(guān)節(jié)空間進(jìn)行軌跡規(guī)劃。選擇五次多項式插值方法,可以滿足加速度的啟停約束以及變化連續(xù)的要求。并通過仿真確定各個關(guān)節(jié)的角位移,角速度及角加速度符合關(guān)節(jié)的性能要求。對伸展運(yùn)動的控制進(jìn)行研... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

SRMS機(jī)器人

蘸痛?硐喙卦睪傘Ｋ??5.2m，直徑33cm，總重量大約為410.5kg�？蛰d時的速度接近60cm/s，而有負(fù)載時速度也可以達(dá)到60mm/s。SRMS總共有6個關(guān)節(jié)，分別為肩俯仰接頭、肩側(cè)傾接頭、肘俯仰接頭、腕側(cè)傾接頭、腕滾轉(zhuǎn)接頭、末端執(zhí)行器。各個關(guān)節(jié)由小力矩的電機(jī)，大傳動比的減速器，位置傳感器，電機(jī)制動器等組成，僅有一個轉(zhuǎn)動自由度。臂桿部分為了在滿足剛度的前提下減少重量，采用圓截面石墨/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，連接部分的法蘭盤使用鋁合金。SRMS在太空中的工作狀態(tài)如圖2-1所示，SRMS的關(guān)節(jié)實物如圖2-2所示。圖2-1SRMS機(jī)器人圖2-2SRMS關(guān)節(jié)在SRMS的成功應(yīng)用后，又設(shè)計了一種空間站機(jī)械臂，稱為加拿大臂2號。空間部分由以下三種組成：移動服務(wù)中心、移動遠(yuǎn)程服務(wù)系統(tǒng)維修站、專用靈巧機(jī)械臂(SPDM)組成。是在SRMS的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的7自由度機(jī)械臂系統(tǒng)[10]。結(jié)構(gòu)以肘關(guān)節(jié)為中心完全對稱，臂的肩部或腕部均可以作為操作末端，這種設(shè)計使機(jī)械臂在空間站中的操作更加自由和方便。加拿大臂2號長17.1m，直徑35cm，質(zhì)量1641kg，可沿主桁架遙控移動，進(jìn)行空間站硬件的拆裝和維修。其中有6個自由度的形式和加拿大臂1號類似，新增的一個自由度屬于動力學(xué)的冗余設(shè)計，使其更像人的手臂，可以使機(jī)械臂的運(yùn)動形式更加多樣靈活。相比于加拿大臂1號，加拿大臂2號負(fù)載能力，運(yùn)動精度都大大提升。能運(yùn)重達(dá)116噸重的貨

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3物，在機(jī)械臂空載狀態(tài)時，它的精度是±64mm，而SRMS僅有±152mm。并且為了解決火箭攜帶問題，機(jī)械臂被設(shè)計為可折疊形式，但是需要宇航員的出艙操作才能展開[11]，這也增加了宇航員的危險性。折疊狀態(tài)如圖2-3所示，展開狀態(tài)如圖2-4所示。圖2-3折疊狀態(tài)的SSRMS圖2-4展開狀態(tài)的SSRMS(2)德國空間機(jī)械臂德國在空間機(jī)械臂方面也有相關(guān)的研究[12]。2005年1月，德國最新的空間機(jī)器人ROKVISS在國際空間站（ISS）的俄羅斯服務(wù)艙外成功安裝。該機(jī)械臂采用高度集成的模塊化關(guān)節(jié)，結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。與加拿大臂關(guān)節(jié)相比，ROKVISS在結(jié)構(gòu)上更加簡單[13]。并且可以在地面進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，如圖2-6所示。通過適當(dāng)?shù)姆答佋鲆鎱?shù)化，控制器結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)位置、力矩或阻抗控制。而此次任務(wù)的目的就是對高度集成的模塊化機(jī)器人關(guān)節(jié)進(jìn)行驗證，并演示不同的控制模式，從高系統(tǒng)自主性到力反饋遙操作（臨場感模式）。圖2-5ROKVISS關(guān)節(jié)圖圖2-6實驗臺上的ROKVISS機(jī)械臂(3)日本空間機(jī)械臂日本實驗艙遠(yuǎn)距離操作機(jī)械臂系統(tǒng)JEMRMS（JapaneseExperimentModuleRemoteManipulatorSystem）工作于國際空間站日本艙段，是日本首個用于實際應(yīng)用的空間機(jī)械臂，用于保障艙外設(shè)備，空間站內(nèi)的宇航員可以操縱機(jī)械臂。JEMRMS由兩部分機(jī)械臂組成[14]。主臂(MA)是一個9.91米，6自由度的機(jī)械手，連接到JEM加壓模塊(PM)上。更多靈巧的任務(wù)將使用NASDA的小細(xì)臂(SFA)來完成，也是一個6自由度的機(jī)械手，當(dāng)主臂末端被抓住時也可以操作。JEMRMS將用于支持在JEM的EF設(shè)備上進(jìn)行的實驗，并支持JEM維護(hù)任務(wù)。JEMRMS

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]某型無線通信系統(tǒng)套筒式伸展機(jī)構(gòu)設(shè)計[J]. 鄒楊,張亞秒,吳鳳廣,馬馳,陳建行.  系統(tǒng)仿真技術(shù). 2019(01)
[2]天宮二號機(jī)械手關(guān)鍵技術(shù)及在軌試驗[J]. 劉宏,李志奇,劉伊威,金明河,倪風(fēng)雷,劉業(yè)超,夏進(jìn)軍,張元飛.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2018(12)
[3]航天五院電子產(chǎn)品助力天宮二號發(fā)射成功[J].   中國航天. 2016(11)
[4]基于可伸縮機(jī)構(gòu)的空間機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王康,梁常春,林云成,王耀兵.  載人航天. 2016(05)
[5]帶電作業(yè)機(jī)器人機(jī)械臂動力學(xué)建模與運(yùn)動規(guī)劃[J]. 江維,吳功平,王偉,張頡.  工程科學(xué)學(xué)報. 2016(06)
[6]剪叉機(jī)構(gòu)計算與虛位移原理[J]. 段慧文.  演藝科技. 2012(05)
[7]空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)容錯控制系統(tǒng)研究[J]. 郭闖強(qiáng),倪風(fēng)雷,孫敬颋,劉宏.  電機(jī)與控制學(xué)報. 2011(02)
[8]空間站機(jī)械臂研究[J]. 張凱鋒,周暉,溫慶平,桑瑞鵬.  空間科學(xué)學(xué)報. 2010(06)
[9]一種可伸縮空間機(jī)械臂及其應(yīng)用分析[J]. 弓建軍.  航天控制. 2000(04)

博士論文
[1]空間機(jī)械臂傳感系統(tǒng)及關(guān)節(jié)振動抑制研究[D]. 鄒添.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]輕型機(jī)械臂系統(tǒng)及其基于無源性理論的柔順控制研究[D]. 張奇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[3]具有柔性關(guān)節(jié)的輕型機(jī)械臂控制系統(tǒng)研究[D]. 熊根良.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010

碩士論文
[1]面向人機(jī)協(xié)作的輕型柔順機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制研究[D]. 趙洪福.北京交通大學(xué) 2017
[2]空間可伸縮機(jī)械臂桿結(jié)構(gòu)設(shè)計及其地面實驗驗證[D]. 姜海博.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]可伸縮空間機(jī)械臂及其控制方法的研究[D]. 林祺.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]套筒式伸展臂的設(shè)計與分析[D]. 鐘博文.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2008



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