大型空間機械臂關節(jié)性能測試平臺研制及參數(shù)辨識研究.pdf

1、隨著我國空間站建設步伐的加快,大型空間機械臂的研制變得更加迫切。關節(jié)是大型空間機械臂的關鍵組件,將工作在大溫差、高真空、強輻射的環(huán)境下,其性能好壞將直接影響到整個在軌任務的完成。為此,本文結合實驗室自主課題“空間大型機械臂的研制”開展了大型空間機械臂關節(jié)性能測試平臺的研制工作,并基于該平臺開展了關節(jié)動力學參數(shù)辨識的研究。
　　大型空間機械臂關節(jié)的定位精度和負載能力是關節(jié)最主要的兩個性能指標,因此使用相應的測試設備檢測其性能指標是否

2、滿足設計指標要求就顯得尤為重要。針對這種需求,本文研制了 HIT大型空間機械臂關節(jié)性能測試平臺,該測試平臺集成了力矩傳感器、位置傳感器、齒輪增速器和用于加載的磁粉制動器等部件,從而達到對關節(jié)性能進行測試的目的。
　　由于關節(jié)內部使用了諧波減速器作為核心傳動部件,而諧波減速器的摩擦和剛度非線性將直接造成關節(jié)剛度和摩擦的非線性特性,為此本文基于考慮非線性因素的諧波減速器動力學模型建立了HIT大型空間機械臂關節(jié)的動力學模型。
　　

3、關節(jié)內部傳感器的精度將直接影響關節(jié)動力學參數(shù)辨識準確性,高精度的傳感器能大大提高參數(shù)辨識的效率,為此本文標定了關節(jié)內部傳感器,包括力矩傳感器、磁編碼器、旋轉變壓器和電流傳感器,并且針對旋轉變壓器精度較低問題提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的誤差補償方法,并完成多次補償實驗。實驗結果表明該方法能有效提高旋轉變壓器的測角精度。
　　準確的動力學參數(shù)能有效改善關節(jié)的控制精度,因此本文開展了基于電流和位置雙閉環(huán)關節(jié)控制模式下的 HIT大型空間機械臂

4、關節(jié)動力學參數(shù)辨識研究。采用粘滯+庫倫摩擦模型、三次多項式摩擦模型和Stribeck摩擦模型進行關節(jié)摩擦辨識研究,結果表明Stribeck摩擦模型更能反映實際的關節(jié)阻尼。剛度辨識研究結果表明由于力矩傳感器和一些關節(jié)連接件的變形造成關節(jié)的剛度略小于諧波減速器剛度。采用最小二乘法進行基于關節(jié)動力學模型的離線參數(shù)辨識,結果表明考慮庫倫+粘滯摩擦時辨識得到的剛度更加接近實際關節(jié)剛度值。在離線辨識的基礎上采用改進的遞推最小二乘法并考慮基于誤差的遺