基于绳索牵引空间爬行机器人伸缩臂的研究

摘要

伸缩臂是一种可变形的机器装置,其凭借着小体积、大臂展的优点从基于绳索牵引空间爬行机器人到空间对接机构,再到深空探测器都能看到其身影,具有很好的应用前景。本文以基于绳索牵引空间爬行机器人为背景研制了伸缩臂样机。
　　首先,研制了伸缩臂。根据爬行机器人的性能要求,制定了伸缩臂的设计准则;确定伸缩臂的伸缩原理,设计了具有自锁功能的传动系统;细化了结构,增加了压紧轮机构、导向机构,加工并装配了样机。
　　其次,进行了伸缩臂的振动仿真研究。根据伸缩臂的结构特点,将伸缩臂的模型简化为悬臂梁形式,采用数学推导及ANSYS仿真的形式分析了伸缩臂的振动固有参数;考虑伸缩臂运动时的情况,分析了伸缩臂的固有频率在伸缩过程中的变化规律。
　　再次,对伸缩臂的伸缩控制进行了研究。根据基于绳索牵引空间爬行机器人的特点,对伸缩臂的伸缩控制进行研究是十分必要的,对伸缩臂的运动进行了轨迹规划;研究了伸缩臂的控制方法,实现了伸缩臂的PD控制。
　　最后,进行了伸缩臂实验。搭建了伸缩臂实验平台,进行了不同运动参数对伸缩臂振动影响实验,伸缩控制实验,参数识别实验等;采用最小二乘法对传动系统的固有参数进行了辨识;对伸缩臂的性能进行了验证。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2空间爬行机器人综述

1.3控制目标轨迹规划研究现状

1.4 机器人控制方法综述

1.5 课题的来源及主要研究内容

第2章 伸缩臂设计

2.1 引言

2.2绳索牵引空间爬行机器人的工作原理

2.3设计任务及要求

2.4结构设计

2.5电气系统

2.6传感系统

2.7结构优化改进

2.8技术指标验证

2.9本章小结

第3章 伸缩臂的振动仿真分析

3.1 引言

3.2 伸缩臂的横向振动分析

3.3伸缩臂伸缩时的纵向振动分析

3.4本章小结

第4章 伸缩臂的控制与仿真

4.1引言

4.2伸缩臂的动力学模型

4.3伸缩臂动力学参数识别

4.4伸缩臂的伸缩控制

4.5本章小结

第5章 伸缩臂的实验

5.1引言

5.2伸缩臂实验

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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