機(jī)械臂多功能操作工具及其對接策略的研究.pdf

1、在人類探索太空的半個(gè)多世紀(jì)時(shí)間里，大量功能各異的航天器被送往太空。隨著空間技術(shù)的進(jìn)步，目前航天領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)已經(jīng)不僅僅是如何發(fā)送復(fù)雜龐大的航天器系統(tǒng)，更多的是如何保證航天器能夠更加長久、穩(wěn)定地在空間軌道上運(yùn)行，因此在軌維護(hù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。相比宇航員艙外維護(hù)操作的高危險(xiǎn)性和高成本，機(jī)器人在軌維護(hù)技術(shù)以其成本低、危險(xiǎn)小以及可持續(xù)工作等優(yōu)點(diǎn)贏得了各國的青睞，而研制可以對航天器各零部件進(jìn)行維護(hù)操作的末端操作工具也成為了其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過分析

2、研究國內(nèi)外同類項(xiàng)目的需求和研究成果，本文研制了一種針對合作以及典型非合作目標(biāo)零件的多功能操作工具。
　　首先，本文提出了能夠擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)且連接不同工具接頭的多功能操作工具的總體設(shè)計(jì)方案，分外接工具接頭模塊、軸向隨動(dòng)模塊、轉(zhuǎn)動(dòng)離合模塊和電器控制模塊四部分討論了功能需求和機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，并通過有限元強(qiáng)度分析保證了其設(shè)計(jì)可靠性?？紤]到工具溫升控制和運(yùn)動(dòng)可靠性等問題，利用遺傳算法對制動(dòng)器電磁線圈進(jìn)行了優(yōu)化，并針對其電磁吸合力問題進(jìn)行了有限元電磁仿真

3、。
　　其次，針對五種工具接頭中的螺釘拆卸工具接頭進(jìn)行了研究分析。鑒于該工具接頭對螺釘?shù)奈恢醚a(bǔ)償及尺寸適應(yīng)性功能，提出了以十字滑塊和校正片彈簧為核心零件的整體設(shè)計(jì)方案；并分別對十字滑塊的效率與運(yùn)動(dòng)特性、校正片彈簧的參數(shù)優(yōu)選與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能、夾緊爪的受力及捕獲檢測等進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，得到動(dòng)態(tài)響應(yīng)迅速、運(yùn)行平穩(wěn)的螺釘拆卸工具接頭。
　　然后，為研究多功能工具與工具接頭之間標(biāo)準(zhǔn)接口的容差性能，本文通過將對接曲面在對接接口坐標(biāo)系間進(jìn)行

4、映射變換，分析得出對接所需的力學(xué)摩擦條件和幾何條件，得到了理論接口容差范圍。利用ADAMS軟件以及六自由度（6-DOF）機(jī)械臂實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展了仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究，從兩方面驗(yàn)證了接口容差性理論及預(yù)測容差范圍的正確性。
　　最后，本文提出了標(biāo)準(zhǔn)接口對接所需要的柔順控制策略，分別在整體任務(wù)規(guī)劃層面和具體柔順策略實(shí)施層面進(jìn)行了討論。在具體的阻抗控制策略層面，先從理論上對各個(gè)目標(biāo)阻抗參數(shù)的柔順特性及選取進(jìn)行了研究和預(yù)測，接著通過ADAMS和S