空間手爪抓握策略的研究.pdf

1、空間機(jī)器人是發(fā)展最迅速的科研領(lǐng)域之一。由于具有可以代替宇航員進(jìn)行艙外操作、降低空間作業(yè)成本等優(yōu)點(diǎn)，空間機(jī)器人成為各國(guó)爭(zhēng)相研究的課題。作為末端執(zhí)行器的空間手爪是空間機(jī)器人研究的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。本文分別從理論、仿真、試驗(yàn)等幾個(gè)方面對(duì)空間手爪的抓握操作進(jìn)行了分析。
　　本文首先對(duì)空間機(jī)器人系統(tǒng)中的手爪系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，定義了幾個(gè)特殊的抓握操作過(guò)程，并建立了手爪坐標(biāo)系。隨后對(duì)抓握的整體過(guò)程進(jìn)行了分析和研究，設(shè)計(jì)了基于視覺(jué)技術(shù)的捕獲流程。

2、接著對(duì)空間機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，基于動(dòng)量守恒定律得到了運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，基于拉格朗日方程得到了動(dòng)力學(xué)方程，為后面的分析打下理論基礎(chǔ)。
　　手爪在實(shí)施抓握操作的時(shí)候涉及到如何定位的問(wèn)題，本文中的手爪利用特殊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)處于不同初始位姿下的捕獲接口的抓握及定位能力。之后討論了抓握速度的分配問(wèn)題，對(duì)鎖緊過(guò)程進(jìn)行了軌跡規(guī)劃，并對(duì)空間機(jī)器人從跟從點(diǎn)到捕獲點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行了基于視覺(jué)的軌跡規(guī)劃。隨后對(duì)手爪抓握過(guò)程中出現(xiàn)的接觸和碰

3、撞現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，建立了碰撞的模型，得到了碰撞的方程，并分別研究了它對(duì)基座和目標(biāo)器的影響。接著分析了空間手爪抓握操作出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因以及解決對(duì)策，同時(shí)研究了手爪在完成任務(wù)后如何釋放目標(biāo)器的問(wèn)題，規(guī)劃了手爪從鎖緊位置運(yùn)動(dòng)到閉合位置的運(yùn)動(dòng)軌跡。
　　最后，為了研究空間手爪抓握策略的可行性，以及確定影響抓握效果的各種因素，本文進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真，并在氣浮試驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了抓握試驗(yàn)。仿真證實(shí)了手爪可以完成對(duì)目標(biāo)器的抓握操作。在抓握

4、試驗(yàn)中，一方面通過(guò)改變目標(biāo)器捕獲接口的初始位姿以檢驗(yàn)空間手爪能否抓握成功，并進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，獲得了空間手爪的有效捕獲范圍；另一方面通過(guò)改變抓握的速度，獲得了在同一初始位姿下的不同抓握策略的效果。同時(shí)也進(jìn)行了基于視覺(jué)的捕獲試驗(yàn)，證實(shí)了空間手爪可以在機(jī)械臂的帶動(dòng)下完成跟蹤、進(jìn)入與抓握操作。
　　本課題隸屬于國(guó)家863項(xiàng)目，主要對(duì)系統(tǒng)中空間手爪的抓握策略進(jìn)行了研究，分析了相應(yīng)的抓握、釋放等操作。本課題的研究可以拓展空間用手爪抓握應(yīng)用領(lǐng)