【摘 要】
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针对太空望远镜的在轨组装而言,其组装工序多、工位变化多样,而且精度要求高。本课题研究的可伸缩空间机械臂臂杆,可以通过伸缩来改变机械臂的长度,适应望远镜直径的变化,并
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针对太空望远镜的在轨组装而言,其组装工序多、工位变化多样,而且精度要求高。本课题研究的可伸缩空间机械臂臂杆,可以通过伸缩来改变机械臂的长度,适应望远镜直径的变化,并解决空间机械臂运载问题。首先,本文根据项目的具体设计指标,完成了可伸缩空间机械臂杆的结构设计。采用一种被动伸缩,主动锁紧的伸缩方案,并将曲柄滑块机构引入到锁紧装置中。通过Adams对锁紧方案进行动力学仿真分析,验证该方案可以有效减小锁紧运动的驱动力矩,以及机械臂工作状态下对于锁紧装置的反向力矩。并利用仿真以及计算所得数据,对相应的电气元件,谐波减速器进行选型。本文利用臂杆伸缩的能量来驱动收放线装置,并创新性的将剪叉机构进行改进,应用到导线收放线装置中,保证了导线的固定性以及自身安全性。并通过有限元分析对臂杆整体和关键零部件进行静力学校核。之后,对机械臂的伸缩运动进行轨迹规划。将伸缩运动简化为3个关节和2根伸缩臂杆的运动。对臂杆的运动学进行分析,基于关节空间进行轨迹规划。选择五次多项式插值方法,可以满足加速度的启停约束以及变化连续的要求。并通过仿真确定各个关节的角位移,角速度及角加速度符合关节的性能要求。对伸展运动的控制进行研究,将关节划分为主动关节和被动关节,主动关节采用高刚度的PD控制,被动关节采用阻抗控制。对摩擦模型进行了研究,得到相应的摩擦补偿函数。最后,对完整的7自由度机械臂进行正运动学分析,确定其工作空间的变化符合设计要求。建立Adams动力学模型,对控制效果进行联合仿真验证。并分别对随动关节是否增加阻抗控制;对随动关节使用力矩型阻抗控制或位置型阻抗控制进行比较,验证了仿真方案的正确性。
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