近些年來,隨著地球軌道上的太空垃圾越積越多,太空垃圾給人類的宇宙探索活動帶來了重重阻礙,因此世界各國開始對太空垃圾回收問題進行廣泛關(guān)注。當前,已有的太空垃圾回收方法主要有空間機械臂捕獲技術(shù)、空間飛網(wǎng)和飛爪技術(shù)、空間桁架式抓取機構(gòu)技術(shù)等,相對其他的回收技術(shù),空間桁架式抓取機構(gòu)技術(shù)具有可操縱性好、剛度高、驅(qū)動簡單、適用范圍廣的優(yōu)點。以太空垃圾回收為背景,本文主要圍繞可展開桁架式機械手設(shè)計、動力學建模、運動控制和抓取規(guī)劃等方面開展理論和實驗研究。針對一般性太空垃圾的抓取操作和空間應(yīng)用中的運載問題,基于剪叉機構(gòu)和雙平行四邊形機構(gòu),進行可展開桁架式抓取機械手的設(shè)計與分析研究。首先,提出一類的可展開桁架式抓取機械手,該機械手在運載時可以獲得一個緊湊的構(gòu)態(tài),在抓取操作時可以獲得一個大尺度的構(gòu)態(tài);并且它的展開運動和抓取運動是運動學解耦的。為了提高機械手的可靠性和穩(wěn)定性,通過設(shè)計鎖定機構(gòu),提出一種含鎖定關(guān)節(jié)的可展開桁架式機械手,以滿足復雜任務(wù)的需要。然后,對可展開桁架式抓取機械手的運動學、展開性能、工作空間、可操作度、緊湊性和剛度等方面進行詳細分析,結(jié)果表明該機構(gòu)具有靈巧性好、剛度高的特點。通過分析可展...

【文章頁數(shù)】：168 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題來源及研究的目的和意義
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究目的和意義
    1.2 太空垃圾回收技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 空間機械臂捕獲技術(shù)
        1.2.2 空間飛網(wǎng)和飛爪捕獲技術(shù)
        1.2.3 桁架式抓取機械手技術(shù)
    1.3 可展開桁架式抓取機械手關(guān)鍵技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 可展開桁架式抓取機械手設(shè)計
        1.3.2 動力學建模與分析方法
        1.3.3 非線性運動控制技術(shù)
        1.3.4 機械手的抓取規(guī)劃技術(shù)
    1.4 當前研究存在的問題
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 可展開桁架式抓取機械手的機構(gòu)設(shè)計與分析
    2.1 引言
    2.2 可展開機械手的總體方案設(shè)計
    2.3 可展開機械手的機構(gòu)設(shè)計
        2.3.1 對稱式可展開抓取機構(gòu)設(shè)計
        2.3.2 非對稱式可展開抓取機構(gòu)設(shè)計
        2.3.3 可展開機械手設(shè)計
        2.3.4 含鎖定關(guān)節(jié)的可展開機械手可重構(gòu)設(shè)計
    2.4 運動學與性能分析
        2.4.1 運動學建模
        2.4.2 展開性能分析
        2.4.3 工作空間分析
        2.4.4 可操作度分析
        2.4.5 剛度分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 可展開抓取機構(gòu)的動力學建模與分析
    3.1 引言
    3.2 基于拉格朗日力學的動力學建模方法
        3.2.1 矢量表示
        3.2.2 動力學建模過程
    3.3 基于遞歸牛頓歐拉的動力學建模方法
        3.3.1 運動學建模
        3.3.2 基本單元的動力學建模
        3.3.3 整個機構(gòu)的遞歸動力學建模
    3.4 動力學仿真結(jié)果與分析
        3.4.1 動力學仿真驗證
        3.4.2 展開動力學仿真與分析
        3.4.3 動力學耦合分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 可展開抓取機構(gòu)的展開抓取運動控制
    4.1 引言
    4.2 基于擴狀態(tài)觀測器的可展開抓取機構(gòu)的展開運動控制研究
        4.2.1 展開動力學建模
        4.2.2 擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計和穩(wěn)定性證明
        4.2.3 展開運動控制器設(shè)計和穩(wěn)定性證明
        4.2.4 仿真結(jié)果與分析
    4.3 基于動力學前饋的可展開抓取機構(gòu)展開抓取運動控制
    4.4 基于自適應(yīng)擴張狀態(tài)觀測器的可展開抓取機構(gòu)展開抓取運動控制
        4.4.1 展開抓取動力學模型
        4.4.2 自適應(yīng)擴張狀態(tài)觀測器的設(shè)計與穩(wěn)定性證明
        4.4.3 展開抓取運動控制器設(shè)計與穩(wěn)定性證明
        4.4.4 仿真結(jié)果與分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 可展開桁架式抓取機械手的最優(yōu)抓取規(guī)劃
    5.1 引言
    5.2 可展開機械手的抓取模式分析
        5.2.1 指尖抓取模式
        5.2.2 包絡(luò)抓取模式
    5.3 包絡(luò)抓取力封閉性分析
        5.3.1 抓取力與力封閉性
        5.3.2 抓取力封閉定量判定方法
        5.3.3 包絡(luò)抓取接觸點矢量計算
        5.3.4 仿真結(jié)果與分析
    5.4 包絡(luò)抓取最優(yōu)規(guī)劃
        5.4.1 最優(yōu)抓取規(guī)劃方法
        5.4.2 仿真結(jié)果與分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 可展開桁架式機械手的樣機搭建與實驗
    6.1 引言
    6.2 樣機搭建
        6.2.1 單分支可展開抓取機構(gòu)的實驗系統(tǒng)搭建
        6.2.2 可展開抓取機械手的實驗系統(tǒng)搭建
    6.3 機構(gòu)展開運動位置控制實驗
        6.3.1 展開運動實驗設(shè)置
        6.3.2 展開運動實驗結(jié)果
    6.4 基于動力學前饋的展開抓取運動控制實驗
        6.4.1 展開抓取運動實驗設(shè)置
        6.4.2 展開抓取運動實驗結(jié)果
    6.5 基于擴張狀態(tài)觀測器的展開抓取運動控制實驗
        6.5.1 展開抓取運動實驗設(shè)置
        6.5.2 展開抓取運動實驗結(jié)果
    6.6 抓取力封閉性驗證實驗
        6.6.1 單分支抓取實驗
        6.6.2 兩分支抓取實驗
    6.7 可重構(gòu)實驗
        6.7.1 基于對接鎖定機構(gòu)的可重構(gòu)實驗
        6.7.2 可展開抓取機械手的模塊化可重構(gòu)實驗
    6.8 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
附錄A 實驗原始數(shù)據(jù)
攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝
個人簡歷



本文編號：3787535