面向空间目标抓捕的桁架式机械手设计及控制方法研究

发布时间：2024-03-19 01:08

　　随着航天科学技术的发展,世界各国对外太空的研究也在不断深入。目前空间中存在很多失效的航天器以及一些具有研究价值的小行星和陨石,对于这些非合作目标,需要对其进行在轨操作,比如捕获后回收或者拖入坟墓轨道。因此,如何捕获太空中的非合作目标是空间机器人领域面临的重要挑战。在抓捕机械手对空间非合作目标进行抓捕的过程中,既要保证机械手能够抓牢目标,又要避免机械手的损坏,需要考虑刚度大、可靠性高的桁架式机构,并且机械手的抓捕控制算法也是一项非常重要的研究内容。本文设计了一种桁架式机械手,考虑其系统复杂性,并针对空间非合作目标抓捕任务,设计了桁架式机械手的控制算法,并对一些智能控制算法展开了深入研究,具体如下:针对空间非合作目标抓捕任务,并参考平面2R机构和平行四边形机构,设计了一种桁架式机械手。考虑其动力学模型的复杂性,并为了实现其在抓捕过程中的安全控制,结合传统工业中广泛应用的PID控制和现代控制理论中的滑模控制,设计了类滑模控制算法,该控制算法能够保证机械手在自由运动期间具有精确和快速的跟踪能力,同时在机械手执行器力饱和后能产生慢速的过阻尼恢复运动。并在此基础上,进一步研究了位置型的阻抗控制算法...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1针对空间非合作目标的任务

大尺度可变构型智能结构体创新设计与在轨操控方法研究(项目编号U1613201)。1.1.2课题研究的背景意义随着科学技术的发展，世界各国对航天领域的探索逐年深入。一方面，发射升空进入太空轨道运行的航天器越来越多，很多航天器由于燃料问题、机械故障和电磁干扰问题等原因，已经失效，....

图1-2空间机械臂

如国际空间站上的加拿大臂如图1-2a)所示，以及日本的ETSVII机械臂，如图1-2b)所示。这些空间机械臂主要用来完成辅助对接，合作目标捕获，以及辅助航天员出舱活动等任务。而在对空间非合作目标抓捕时，非合作目标的质量参数未知，其惯性力很大，传统的串联空间机械臂并不能很好的....

图2-1桁架式机械手抓捕情况

而且其驱动方案要简单，保证能够实现抓捕过程的快速性和稳定性。2.2.2桁架式机构的特点在抓捕机构中采用桁架式机构可以提高整体机构的刚度，保证了抓捕机构本体在抓捕过程中可以受到较大的冲击，而且桁架式机构的边界均为刚性杆，杆件上任何位置均可以和抓捕目标接触，使得抓捕机构拥有较大的抓....

图2-2桁架式机械手抓捕过程示意图

a)抓捕前b)抓捕过程中c)完成抓捕图2-2桁架式机械手抓捕过程示意图单个桁架式机械手的具体结构如图2-3所示，由支撑底座、电机驱动部分桁架式机械手机构以及抓捕面力传感器组成。在设计中，基于平面2R机构的想，利用了平行四边形机构，并且让整体结构相对于中心轴线对称布....

本文编号：3932092