空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設計.pdf

1、隨著我國航天領域空間站項目的快速發(fā)展，宇航員的在軌操作任務越來越繁重，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、適應性更好，更適合復雜的航天任務。本文主要研究了空間五指靈巧手的控制系統(tǒng)設計，給出了靈巧手原理樣機控制系統(tǒng)設計過程中采用的關鍵技術和遇到的主要難點。
　

2、　本文首先對比了國內外幾種典型的靈巧手，在腱驅動和電機內置驅動方案中選擇了更適合航天任務的腱驅動方案，并給出了空間五指靈巧手原理樣機的主要參數(shù)。
　　設計了空間五指靈巧手原理樣機的各個子系統(tǒng)，推導了手腕的俯仰角和偏航角與絲杠位移的關系，對其進行了線性擬合；給出了N+1型全驅動和N型欠驅動方案的腱繩配置方法，推導了關節(jié)力矩與腱張力的對應關系；給出了關節(jié)角位置傳感器的設計方法、標定過程和數(shù)據(jù)處理方法；選用合適的電機、驅動器和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計和架構。
　　針對采用N+1型全驅動方案的手指，采用了D-H參數(shù)法來求解手指的運動學公式；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，并用計算結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型欠驅動方案的手指