隨著空間站在軌服務、深空探測等空間技術的迅速發(fā)展,越來越多的空間任務需要人類參與,空間機械臂的誕生在一定程度上緩解了太空宇航員的任務量。但空間機械臂系統(tǒng)缺乏力/力矩感知能力,其應用范圍會受到限制,因此需要在機械臂關節(jié)處加裝力/力矩傳感器,實時獲取相關力/力矩信息,幫助機器人系統(tǒng)實現(xiàn)力反饋控制�？臻g機械臂由航天器搭載從地面發(fā)射進入太空的過程中需承受眾多惡劣的外部環(huán)境,如強振動、高沖擊、強輻射和真空高低溫等環(huán)境,常規(guī)的力/力矩傳感器不適合在此種環(huán)境下應用。針對上述背景,本文開展了力/力矩傳感器的振動、過載保護、容錯以及溫度漂移補償方法的研究,具體內容如下:(1)針對航天器力學環(huán)境下空間機械臂關節(jié)力/力矩傳感器的振動響應問題,首先分析空間機械臂振動環(huán)境的特點,采用動態(tài)子結構法,將裝有六維力傳感器的空間機械臂部分結構作為一個子結構,建立了一個六維力傳感器振動力學模型;然后根據(jù)實際振動試驗參數(shù),通過數(shù)值仿真的方法對傳感器彈性體進行了模態(tài)、隨機振動和正弦振動分析,得到了傳感器結構的固有特性及在航天器力學環(huán)境下的振動響應規(guī)律,為傳感器的結構優(yōu)化和過載保護提供了依據(jù);(2)針對航天器力學環(huán)境下空間機械...

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 六維力傳感器國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外空間機械臂配備的六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國內空間六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
    1.3 力/力矩傳感器關鍵技術研究現(xiàn)狀
        1.3.1 力/力矩傳感器結構靜力學解析研究現(xiàn)狀
        1.3.2 力/力矩傳感器結構動力學研究現(xiàn)狀
        1.3.3 力/力矩傳感器過載保護研究現(xiàn)狀
        1.3.4 力/力矩傳感器冗余測量研究現(xiàn)狀
        1.3.5 力/力矩傳感器溫度補償研究現(xiàn)狀
    1.4 主要研究內容
第2章 航天器力學環(huán)境下六維力傳感器結構動力學研究
    2.0 引言
    2.1 振動試驗分析與傳感器結構
        2.1.1 振動試驗分析
        2.1.2 六維力傳感器結構
    2.2 振動分析理論
        2.2.1 隨機振動分析理論
        2.2.2 正弦振動分析理論
    2.3 有限元振動模型及條件
        2.3.1 有限元振動模型
        2.3.2 隨機振動條件
        2.3.3 正弦振動條件
    2.4 六維力傳感器動力學仿真分析
        2.4.1 六維力傳感器固有特性分析
        2.4.2 六維力傳感器隨機振動分析
        2.4.3 六維力傳感器正弦振動分析
    2.5 小結
第3章 空間機械臂六維力傳感器過載保護研究
    3.1 引言
    3.2 六維力傳感器測量原理及過載分析
        3.2.1 六維力傳感器測量原理
        3.2.2 六維力傳感器靜動態(tài)變形分析
        3.2.3 過載保護的分類
    3.3 機械過載保護機構設計
    3.4 過載保護限位間隙分析
        3.4.1 Mz方向過載保護限位間隙分析
        3.4.2 Fz方向過載保護限位間隙分析
        3.4.3 Fx/FY和Mx/MY方向過載保護限位間隙分析
    3.5 過載能力驗證
        3.5.1 確定限位間隙尺寸
        3.5.2 仿真驗證
    3.6 小結
第4章 空間機械臂關節(jié)力矩傳感器容錯研究
    4.1 引言
    4.2 冗余方法研究
    4.3 扭矩傳感器結構解析研究
        4.3.1 輪輻式扭矩傳感器結構
        4.3.2 結構解析條件
        4.3.3 解析建模
        4.3.4 解析仿真
        4.3.5 模型驗證
    4.4 空間機械臂用扭矩傳感器優(yōu)化設計
        4.4.1 傳感器總體結構設計
        4.4.2 確定優(yōu)化目標
        4.4.3 變形約束條件
        4.4.4 結構參數(shù)設計
        4.4.5 有限元仿真
    4.5 扭矩傳感器電路冗余設計
    4.6 標定與數(shù)據(jù)分析
        4.6.1 扭矩傳感器標定
        4.6.2 數(shù)據(jù)分析
    4.7 小結
第5章 空間機械臂六維力傳感器溫度漂移特性研究
    5.1 引言
    5.2 六維力傳感器溫度漂移特性分析
        5.2.1 應變計熱輸出分析
        5.2.2 調理電路溫度特性分析
    5.3 六維力傳感器溫度漂移硬件補償方法研究
    5.4 六維力傳感器溫度漂移軟件補償研究
        5.4.1 六維力傳感器同一溫度下穩(wěn)定性實驗
        5.4.2 六維力傳感器的溫度漂移實驗
        5.4.3 整體線性溫度漂移補償
        5.4.4 基于分段函數(shù)的線性溫度漂移補償
    5.5 小結
第6章 工作總結與展望
    6.1 工作總結
    6.2 本文創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
附錄 過載保護仿真數(shù)據(jù)
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果



本文編號：3802153