隨著航天事業(yè)的發(fā)展和航天活動(dòng)的日益頻繁,因故障而失效的航天器數(shù)目日益增多。廢棄的故障航天器成為太空垃圾,不僅造成經(jīng)濟(jì)與時(shí)間上的浪費(fèi),也可能對(duì)其他航天器的正常運(yùn)行產(chǎn)生隱患。對(duì)于這種狀況,研制基于機(jī)械臂的無(wú)人在軌維修系統(tǒng)成為各國(guó)的重要研究?jī)?nèi)容。本文旨在設(shè)計(jì)一型機(jī)械臂的末端切割工具,用于實(shí)現(xiàn)故障航天器的空間在軌維修任務(wù)。依據(jù)衛(wèi)星艙板與太陽(yáng)翼復(fù)合材料板切割的任務(wù)和指標(biāo)要求,研制出一款振動(dòng)式切割工具;對(duì)工具與機(jī)械臂的操作控制進(jìn)行了研究,利用Adams進(jìn)行了仿真;并且進(jìn)行了地面試驗(yàn)驗(yàn)證了工具設(shè)計(jì)的可行性。本課題進(jìn)行了振動(dòng)式切割工具的樣機(jī)研制。通過(guò)分析指標(biāo)要求切割的復(fù)合材料板的材料尺寸特性,確定工具的設(shè)計(jì)方案與基本參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了工具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸系軸承校核、電機(jī)軸動(dòng)平衡,以及整機(jī)的強(qiáng)度校核等工作,完成了工具的樣機(jī)研制。為實(shí)現(xiàn)工具與切割目標(biāo)的柔順接觸,防止工具鋸片碰撞損壞,本文對(duì)機(jī)械臂的柔順控制方法進(jìn)行了研究。采用自適應(yīng)力控制:采用阻抗控制消除姿態(tài)誤差,使工具與目標(biāo)相對(duì)姿態(tài)穩(wěn)定,并實(shí)現(xiàn)柔順接觸;通過(guò)直接力控制實(shí)現(xiàn)所需切割力的跟蹤。通過(guò)自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)不確定性的魯棒性,...

【文章頁(yè)數(shù)】：63 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 空間機(jī)械臂末端工具研究綜述
        1.2.1 國(guó)外在軌維修用末端工具現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)在軌維修用末端工具現(xiàn)狀
        1.2.3 研究現(xiàn)狀簡(jiǎn)析
    1.3 機(jī)械臂柔順控制研究綜述
        1.3.1 被動(dòng)柔順
        1.3.2 主動(dòng)柔順
    1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第2章 振動(dòng)式切割工具的研制
    2.1 引言
    2.2 切割工具設(shè)計(jì)方案
        2.2.1 設(shè)計(jì)指標(biāo)
        2.2.2 總體結(jié)構(gòu)布局
    2.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.4 電機(jī)軸系設(shè)計(jì)
        2.4.1 軸系設(shè)計(jì)方案
        2.4.2 軸承選型與校核
    2.5 結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度仿真分析
    2.6 本章小結(jié)
第3章 機(jī)械臂柔順切割控制方法研究
    3.1 引言
    3.2 總體控制方案
    3.3 機(jī)械臂外環(huán)力控制
        3.3.1 基于位置的阻抗控制
        3.3.2 直接力控制
        3.3.3 并行控制
    3.4 任務(wù)空間加速度規(guī)劃與零空間冗余度分解
        3.4.1 任務(wù)空間加速度規(guī)劃
        3.4.2 零空間冗余度分解
    3.5 自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制
        3.5.1 自適應(yīng)控制律
        3.5.2 全局穩(wěn)定性分析
    3.6 操作過(guò)程中的控制策略
    3.7 仿真研究
        3.7.1 系統(tǒng)仿真模型
        3.7.2 仿真結(jié)果
    3.8 本章小結(jié)
第4章 基于機(jī)械臂柔順控制的模擬切割試驗(yàn)
    4.1 引言
    4.2 分析制定切割方案
        4.2.1 試驗(yàn)用切割材料分析
        4.2.2 搭建試驗(yàn)平臺(tái)
        4.2.3 切割路徑與方式
    4.3 模擬復(fù)合材料板切割與展開(kāi)試驗(yàn)
        4.3.1 非固定回轉(zhuǎn)軸下復(fù)合材料板切割展開(kāi)試驗(yàn)
        4.3.2 固定回轉(zhuǎn)軸下復(fù)合材料板切割展開(kāi)試驗(yàn)
    4.4 模擬艙板切割試驗(yàn)
        4.4.1 位置控制與阻抗控制下切割力的對(duì)比分析
        4.4.2 切割方向?qū)η懈盍τ绊懛治?br>    4.5 雙臂協(xié)同下的切割試驗(yàn)
        4.5.1 雙臂試驗(yàn)系統(tǒng)搭建
        4.5.2 從機(jī)械臂被動(dòng)柔順下的切割試驗(yàn)
        4.5.3 從臂位置控制狀態(tài)下的切割試驗(yàn)
    4.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝



本文編號(hào)：3796469