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基于ADAMS的三臂并联机器人动力学研究

杨欢  
【摘要】:随着航天技术的迅猛发展,人们对太空的探索越来越频繁。但太空是一个微重力、无氧、强辐射、大温差的空间,环境极其恶劣。航天机器人能在很大程度上保证宇航员的人身安全,显著减少维护空间站所耗费的资金,目前航天机器人技术已成为各国研究的重点,而且航天机器人技术也作为国家航天实力重要凭证。国内对航天机器人的研究还处在起步期,本文以航天机器人为背景,针对三臂并联机器人作业进行了设计与研究。 根据航天机器人在太空作业的需要,并参考前辈的经验,设计了16个关节,共18个自由度的三臂并联航天机器人方案。在Pro/E中建立机器人各关节的几何模型,进行了装配。基于有限元技术对三臂并联机器人的大臂关节进行了静力学分析和模态分析,证明其结构设计合理性。研究了三臂并联机器人的D-H特征参数,建立坐标变换矩阵。采用朗格朗日方程与凯恩方程建立了三臂并联机器人动力学模型,结合动力学逆解算法推导出了三臂并联机器人的动力学方程。ADAMS软件中建立了虚拟样机仿真模型,编辑驱动函数进行仿真。分析了在零重力与微重力环境下机器人爬杆过程的步态,并解决了仿真过程中出现的摩擦、穿透问题。提取机器人在零重力和微重力两种环境下机器人关键关节的驱动力(矩)与速度的数据曲线,并将二者做了对比分析。从仿真结果来看,该三臂并联机器人的结构设计相对合理的,可以满足一般航天机器人的工作要求。


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