空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、隨著我國航天領(lǐng)域空間站項目的快速發(fā)展，宇航員的在軌操作任務(wù)越來越繁重，為了減輕宇航員的勞動強度，對智能機器人的需求越來越迫切，未來的航天任務(wù)將會由宇航員和機器人協(xié)同完成。傳統(tǒng)的“夾鉗式”末端操作工具的工作能力有限，遠(yuǎn)不能滿足人機協(xié)同操作的需求。多指靈巧手的靈活性更高、工作能力更強、適應(yīng)性更好，更適合復(fù)雜的航天任務(wù)。本文主要研究了空間五指靈巧手的控制系統(tǒng)設(shè)計，給出了靈巧手原理樣機控制系統(tǒng)設(shè)計過程中采用的關(guān)鍵技術(shù)和遇到的主要難點。
　

2、　本文首先對比了國內(nèi)外幾種典型的靈巧手，在腱驅(qū)動和電機內(nèi)置驅(qū)動方案中選擇了更適合航天任務(wù)的腱驅(qū)動方案，并給出了空間五指靈巧手原理樣機的主要參數(shù)。
　　設(shè)計了空間五指靈巧手原理樣機的各個子系統(tǒng)，推導(dǎo)了手腕的俯仰角和偏航角與絲杠位移的關(guān)系，對其進行了線性擬合；給出了N+1型全驅(qū)動和N型欠驅(qū)動方案的腱繩配置方法，推導(dǎo)了關(guān)節(jié)力矩與腱張力的對應(yīng)關(guān)系；給出了關(guān)節(jié)角位置傳感器的設(shè)計方法、標(biāo)定過程和數(shù)據(jù)處理方法；選用合適的電機、驅(qū)動器和TwinC

3、AT自動化軟件實現(xiàn)了高速實時的多軸控制；給出了上位機軟件和下位機軟件的設(shè)計和架構(gòu)。
　　針對采用N+1型全驅(qū)動方案的手指，采用了D-H參數(shù)法來求解手指的運動學(xué)公式；針對腱繩的傳力特點，用一種張力分配算法（TDA）來控制每根腱繩中的張力處于合理范圍內(nèi)，并用計算結(jié)果驗證了張力分配算法的正確性；用阻抗控制算法控制指尖接觸力的平滑變化；并用基于ADAMS虛擬樣機的仿真實驗驗證了單指控制算法的可行性。
　　針對采用N型欠驅(qū)動方案的手指