隨著航空航天技術(shù)的迅猛發(fā)展,人類對太空的探索力度在不斷加大。然而,在探索太空的過程中難免會產(chǎn)生太空垃圾,對其他航天器的運(yùn)行造成潛在威脅。各個航天強(qiáng)國也都積極探索太空垃圾的回收技術(shù),其中最主要的方案是采用空間機(jī)器人對太空垃圾進(jìn)行捕獲。傳統(tǒng)的空間機(jī)器人多為離散型機(jī)器人,其體積龐大且不容易實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的自適應(yīng)捕獲。因此,本文研制了連續(xù)型多臂空間機(jī)器人系統(tǒng),具有結(jié)構(gòu)輕巧、運(yùn)動靈活的特點(diǎn),并且對非合作目標(biāo)的包絡(luò)抓捕具有較強(qiáng)的自適應(yīng)性,在對空間目標(biāo)捕獲領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景。針對空間目標(biāo)捕獲的應(yīng)用場景,提出了一種連續(xù)型多臂空間機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計方案。該機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)組成。為避免機(jī)器人的電子元器件受到空間射線的輻射以及極端溫度的影響而失效,機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想,系統(tǒng)由驅(qū)動控制箱和連續(xù)型操作臂組成,其中驅(qū)動控制箱主要由驅(qū)動電機(jī)、滾珠絲杠、導(dǎo)軌滑塊與滑輪組等零部件,對驅(qū)動控制箱進(jìn)行防輻射以及溫度控制等處理,保證電子元件工作的可靠性,通過驅(qū)動部件與傳動部件實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動繩索長度改變的控制,從而實(shí)現(xiàn)操作臂的特定彎曲;連續(xù)型操作臂由超彈性中心骨架、關(guān)節(jié)與驅(qū)動繩索組成,在空間內(nèi)具有6... 

【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)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Smart-1衛(wèi)星與OLE

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-結(jié)構(gòu)，黨細(xì)桿進(jìn)入到對接位置后，其末端膨脹從而將對接部分鎖緊，實(shí)現(xiàn)兩個航天器之間的對接。這種捕獲方式結(jié)構(gòu)簡單，捕獲策略相對容易，但這種對接方式只能對類錐桿式結(jié)構(gòu)的合作目標(biāo)進(jìn)行抓捕，適應(yīng)性差。a)對接過程原理示意圖b)對接過程實(shí)物示意圖圖1-1Smart-1衛(wèi)星與OLEV航天器對接過程示意圖美國Starsys公司和波音公司聯(lián)合研制的軌道快速捕獲系統(tǒng)如圖1-2所示[6,7]。該軌道捕獲系統(tǒng)用于空間捕獲實(shí)驗，分為主動與被動2個對接機(jī)構(gòu)，其中主動對接機(jī)構(gòu)安裝一個3指機(jī)械手，其3個手指均為相同的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，3個手指的滑塊安裝于中間的絲杠上。在對被動對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行捕獲任務(wù)時，主動對接機(jī)構(gòu)的絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)滑塊的直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中各連桿的旋轉(zhuǎn)，最終抓捕被動對接機(jī)構(gòu)完成捕獲任務(wù)。實(shí)驗結(jié)果表明，該捕獲系統(tǒng)主動對接機(jī)構(gòu)和被動對接機(jī)構(gòu)之間3個方向的角度偏差為±5°，軸向和徑向的位置偏差分別為±65mm和±70mm，具有較強(qiáng)的容差特性。圖1-2美國Starsys公司和波音公司研制的軌道快速捕獲系統(tǒng)德國航天局的DEOS在軌維修項目示意圖如圖1-3所示[8-10]。該項目發(fā)射2顆衛(wèi)星進(jìn)入太空，在空間環(huán)境中進(jìn)行非合作目標(biāo)捕獲實(shí)驗，其中一顆衛(wèi)星作為被抓捕的目標(biāo)衛(wèi)星，其相對抓捕衛(wèi)星有移動和翻滾等運(yùn)動。抓捕衛(wèi)星上安裝有操作臂，在抓捕過程中利用操作臂末端安裝的機(jī)械手爪實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)衛(wèi)星的抓捕，使其相對抓捕衛(wèi)星靜止，進(jìn)而完成對非合作目標(biāo)的捕獲任務(wù)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-曲柄連桿齒輪電機(jī)a)捕獲過程示意圖b)末端手爪結(jié)構(gòu)圖1-3德國航天局的DEOS在軌維修項目日本國家航天局研制的ETS-VII衛(wèi)星用于在空間環(huán)境進(jìn)行交會對接和衛(wèi)星維修等實(shí)驗，其對接過程如圖1-4所示[11,12]。ETS-VII衛(wèi)星上安裝有一條長度為2m的6自由度操作臂，該操作臂末端安裝一個3指機(jī)械手，利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)對一同發(fā)射進(jìn)入太空而運(yùn)動狀態(tài)不同的目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行抓捕。實(shí)驗結(jié)果表明該操作臂的末端位置精度達(dá)到10mm，末端姿態(tài)精度為1o，操作臂末端運(yùn)動線速度最大為50mm/s，姿態(tài)變化最大角速度為5o/s，能承受的最大負(fù)載力矩高達(dá)700N·m。圖1-4日本國家航天局研制的ETS-VII衛(wèi)星美國DCS公司、海軍實(shí)驗室和Honeywell公司共同參與的FREND項目的主要任務(wù)是完成對地球同步衛(wèi)星的在軌維修任務(wù)。在進(jìn)行維修任務(wù)之前首先對地球同步衛(wèi)星進(jìn)行捕獲，該項目利用安裝在捕獲衛(wèi)星上的3個操作臂對地球同步衛(wèi)星的捕獲任務(wù)，其捕獲過程如圖1-5所示[13-15]。在對目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行捕獲時，攜帶有空間操作臂的航天器預(yù)先飛行至距離目標(biāo)衛(wèi)星約20km處進(jìn)行探測，隨后逐漸接近目標(biāo)衛(wèi)星，飛行至距離40m的范圍內(nèi)再繞目標(biāo)衛(wèi)星飛行，在此過程對目標(biāo)衛(wèi)星建立3D地形圖從而識別目標(biāo)衛(wèi)星捕獲點(diǎn)，進(jìn)而再飛行至距離1.5m的捕獲范圍內(nèi)通過3條操作臂協(xié)同操作完成對目標(biāo)衛(wèi)星的捕獲，從而實(shí)現(xiàn)交會對接任務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3471883