大型空间机械臂动力学建模及其性能分析

摘要

空间机械臂作为航天器上重要的维护工具,在载人航天、在轨装配等方面有着极其重要的作用.然而,空间机械臂关节模型的不完整性、非线性因素建模的不充分性造成了性能预测的不真实,对于空间机械臂的位姿精确控制有着极大的影响.基于考虑间隙的滚动轴承模型和非线性啮合力的行星齿轮模型,本文建立了由四级行星齿轮减速器组成的大减速比精确机械臂关节模型.并通过编写Adams宏文件和运用Adams/View Command Function语言建立了含有滚动轴承的四级行星轮减速器单关节模型,使得建模流程大大简化,提高了建模的效率,为今后研究提供便利.对不同轴承间隙和不同齿侧间隙模型分别进行了仿真.仿真结果表明齿侧间隙的大小对于输出转角的影响较大,增加0.1mm的间隙量可导致输出角速度波动幅度的大幅增加.面轴承间隙的大小则相对影响较小.仿真分析结果表明,传统的理想铰链模型和线性扭簧模型都无法反映大型空间机械臂关节带来的不稳定问题,必须采用精细模型对空间机械臂关节加以刻画.