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空间大型机械手地面重力补偿装置的研究

作　者: 高凯
导　师: 蔡鹤皋
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 空间站用大型机械手 微重力模拟 吊丝配重 目标负载
分类号: TP241.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着空间技术的发展,大型机械臂在空间得以成功应用,成为空间装配、搬运以及在轨维修的重要工具。空间机械手作为机械臂的末端执行器,是人类探索宇宙的重要工具,是国家科技水平的具体体现。模拟太空微重力环境是进行空间机械手研究的必要条件,也是目前存在的关键技术难点。本文研制了地面微重力试验装置,实现空间机械手对目标负载的捕获功能验证。首先,在对比了吊丝配重和其他重力补偿方法的基础上,设计了捕获目标负载的吊丝配重装置,实现六自由度运动的模拟。对吊丝配重系统进行了静力学和动力学分析,提出滑轮摩擦力和尺寸参数是影响吊丝配重系统的主要因素。合理设计滑轮可以有效的提高微重力的模拟精度。其次,推导了由自重变形引起的不平衡力矩随俯仰角的变化规律,提出不平衡力矩的补偿方法,即:将目标负载的质心与回转中心在垂直方向偏移微小距离,从而抵消由自重变形引起的不平衡力矩。针对现有的空间大型机械手,设计了两自由度机械臂。根据机械臂的形式确定支撑方案,设计了机械臂的连接和移动装置,实现了机械手的侧摆和回转运动。最后,利用机械手地面微重力试验装置,测试了机械手的捕获容差等性能指标,完成了机械手的抓捕、拖动、锁定试验,验证了机械手的捕获能力。通过试验观察,提出了软捕获假设,简化捕获容差的数学模型,提出机械手能否成功捕获目标的判据。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 微重力环境制造方法综述  9-17
    1.2.1 释放重力加速度  10-13
    1.2.2 利用浮力平衡重力  13-14
    1.2.3 利用高压气体平衡重力  14-15
    1.2.4 机电控制拉力平衡重力  15-16
    1.2.5 重力补偿方法对比  16-17
  1.3 课题来源及主要研究内容  17-19
    1.3.1 课题来源及意义  17-18
    1.3.2 课题主要研究内容  18-19
第2章 重力补偿装置设计  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 吊丝配重总体方案  19-21
  2.3 吊丝机构设计  21-26
    2.3.1 吊丝机构分析  21
    2.3.2 吊丝自由度限制  21-22
    2.3.3 转动和移动机构设计  22-24
    2.3.4 转动轴设计  24-26
  2.4 组件安装方式设计  26-28
    2.4.1 目标负载的安装  26-27
    2.4.2 钢丝绳的安装  27-28
    2.4.3 配重块的安装  28
  2.5 本章小结  28-30
第3章 吊丝配重装置动力学分析  30-41
  3.1 引言  30
  3.2 目标负载运动分析  30-33
    3.2.1 抓捕前的目标运动  30-32
    3.2.2 抓捕后的目标运动  32-33
  3.3 动滑轮系对模拟效果的影响  33-36
    3.3.1 匀速运动  33-34
    3.3.2 加速运动  34-35
    3.3.3 滑轮尺寸计算  35-36
  3.4 不平衡力矩的补偿  36-39
    3.4.1 试验台配重模型的建立  36-37
    3.4.2 不平衡力矩的推导  37-38
    3.4.3 不平衡力矩的补偿  38-39
  3.5 本章小结  39-41
第4章 机械手地面运动装置设计  41-52
  4.1 引言  41
  4.2 机械手运动分析  41-44
    4.2.1 机械手机构分析  41-43
    4.2.2 机械手测试系统  43-44
  4.3 机械手运动机构设计  44-48
    4.3.1 机械手布置方案  44-45
    4.3.2 关节连杆设计  45-46
    4.3.3 关节与机械手的定位  46-48
  4.4 机械手与关节支撑设计  48-51
    4.4.1 支撑方案  48
    4.4.2 关节支撑设计  48-50
    4.4.3 机械手支撑设计  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 机械手参数验证与性能试验  52-60
  5.1 引言  52
  5.2 机械手容差试验  52-55
    5.2.1 机械手捕获试验装置  52-53
    5.2.2 机械手容差测试  53-54
    5.2.3 机械手容差分析  54-55
  5.3 机械手与模拟装置对接试验  55-58
    5.3.1 抓捕试验  55
    5.3.2 拖动试验  55-56
    5.3.3 试验装置性能分析  56-58
  5.4 本章小结  58-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机械手 > 专用机械手
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