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《北京邮电大学》 2015年
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面向软接触操作的机械臂关节研制

孟庆川  
【摘要】:随着空间技术的快速发展,在轨服务技术可实现在轨维护和空间攻防等任务,空间对接技术是在轨服务的关键技术。基于非目标合作的两对接航天器之间的动力学参数无从辨识,容易导致对接任务失败。为保证对接航天器的安全,本课题对适用于空间对接软接触操作的机械臂关节进行研究,研制一种同时具备刚性运动和阻尼缓冲功能机械臂关节样机,并对多关节机械臂进行接触前工作空间分析和接触后动力学特性仿真分析,对发展我国新型空间装备具有重要意义。本文的研究内容主要如下: 首先,本文以同时具备刚性运动和阻尼缓冲作为软接触机械臂基本功能需求,提出了阻尼缓冲方法和关节设计方案,并利用CAD软件进行了三维建模。通过在传动机构中引入弹簧和具有可控阻尼能力的磁流变阻尼器作为柔性单元,传动机构和柔性单元之间设计了可控的离合部件,根据操作任务要求实现不同工作模式的分离和连接。 其次,针对关节的刚性运动功能,进行了多关节软接触机械臂工作空间分析。在进行空间对接的接触、捕获任务前,软接触机械臂为刚性空间机器人机构。本文建立接触前软接触机械臂的运动学模型,基于虚拟机械臂方法进行工作空间分析,并对漂浮基四关节软接触机械臂进行了工作空间解算与仿真分析。 再次,针对关节的阻尼缓冲功能,进行了接触后动力学特性仿真分析。空间对接操作实现机械臂与目标航天器接触后,软接触机械臂引入了冲击力和碰撞力。本文设计接触后动力学仿真任务,在动力学仿真软件环境下,仿真验证单关节和多关节软接触机械臂,在接触后可实现空间笛卡尔坐标系下的六维动量的缓冲与卸载。 最后,进行了软接触机械臂关节原理样机实现。本文设计了磁流变阻尼器,并对其进行了磁场有限元分析,在以上基础上,研制针对地面试验的关节原理样机,并提出了试验方案。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP241

【参考文献】
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