学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

空间手爪抓握策略的研究

作　者: 张彦鹏
导　师: 谢宗武
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 空间机器人空间手爪抓握碰撞
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 53次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

空间机器人是发展最迅速的科研领域之一。由于具有可以代替宇航员进行舱外操作、降低空间作业成本等优点,空间机器人成为各国争相研究的课题。作为末端执行器的空间手爪是空间机器人研究的一个重点内容。本文分别从理论、仿真、试验等几个方面对空间手爪的抓握操作进行了分析。本文首先对空间机器人系统中的手爪系统的结构进行了分析,定义了几个特殊的抓握操作过程,并建立了手爪坐标系。随后对抓握的整体过程进行了分析和研究,设计了基于视觉技术的捕获流程。接着对空间机器人系统进行了运动学和动力学分析,基于动量守恒定律得到了运动学方程,基于拉格朗日方程得到了动力学方程,为后面的分析打下理论基础。手爪在实施抓握操作的时候涉及到如何定位的问题,本文中的手爪利用特殊的设计结构,实现了对处于不同初始位姿下的捕获接口的抓握及定位能力。之后讨论了抓握速度的分配问题,对锁紧过程进行了轨迹规划,并对空间机器人从跟从点到捕获点的运动过程进行了基于视觉的轨迹规划。随后对手爪抓握过程中出现的接触和碰撞现象进行了详细的分析研究,建立了碰撞的模型,得到了碰撞的方程,并分别研究了它对基座和目标器的影响。接着分析了空间手爪抓握操作出现失败现象的原因以及解决对策,同时研究了手爪在完成任务后如何释放目标器的问题,规划了手爪从锁紧位置运动到闭合位置的运动轨迹。最后,为了研究空间手爪抓握策略的可行性,以及确定影响抓握效果的各种因素,本文进行了计算机仿真,并在气浮试验平台并进行了抓握试验。仿真证实了手爪可以完成对目标器的抓握操作。在抓握试验中,一方面通过改变目标器捕获接口的初始位姿以检验空间手爪能否抓握成功,并进行了大量的试验,获得了空间手爪的有效捕获范围;另一方面通过改变抓握的速度,获得了在同一初始位姿下的不同抓握策略的效果。同时也进行了基于视觉的捕获试验,证实了空间手爪可以在机械臂的带动下完成跟踪、进入与抓握操作。本课题隶属于国家863项目,主要对系统中空间手爪的抓握策略进行了研究,分析了相应的抓握、释放等操作。本课题的研究可以拓展空间用手爪抓握应用领域,为其将来在空间环境中的广泛使用打下基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 引言  7
  1.2 国内外在相关方向上研究现状分析  7-13
    1.2.1 国外空间手爪的研究现状  7-10
    1.2.2 国内空间手爪的研究现状  10-11
    1.2.3 地面测试设备的研究  11-13
  1.3 课题来源及研究的目的和意义  13-14
  1.4 本文的主要研究内容  14-16
第2章抓握总体分析  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 手爪系统结构及定义  16-17
    2.2.1 手爪系统结构  16-17
    2.2.2 手爪操作的几个定义  17
  2.3 抓握过程分析  17-20
    2.3.1 抓握操作的总体分析  17-20
    2.3.2 捕获流程中的几个过程  20
  2.4 空间机器人系统运动学与动力学分析  20-25
    2.4.1 运动学分析  23-24
    2.4.2 动力学分析  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章空间手爪抓握策略及释放研究  26-42
  3.1 引言  26
  3.2 抓握定位分析  26-28
  3.3 抓握速度的分配  28-29
  3.4 基于视觉的轨迹规划  29-31
  3.5 抓握精度的分析  31-32
  3.6 碰撞的分析研究  32-37
    3.6.1 碰撞模型  32-36
    3.6.2 碰撞的运动方程  36-37
    3.6.3 碰撞方程的分析  37
  3.7 抓握失败的分析  37-38
  3.8 释放研究  38-41
  3.9 本章小结  41-42
第4章空间手爪抓握仿真与试验研究  42-56
  4.1 引言  42
  4.2 仿真研究  42-43
  4.3 试验研究  43-55
    4.3.1 手爪的抓握试验  44-51
    4.3.2 基于视觉反馈的捕获试验  51-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

空间手爪抓握策略的研究

内容摘要

全文目录

相似论文