雙機(jī)器人在軌協(xié)同操作柔性梁?jiǎn)栴}研究.pdf

1、大型化是未來航天發(fā)展的一個(gè)重要方向。為了方便運(yùn)輸，大型空間結(jié)構(gòu)往往需要被模塊化，由運(yùn)載器將模塊運(yùn)載至太空環(huán)境再進(jìn)行在軌搭建，這使得在軌機(jī)器人構(gòu)建系統(tǒng)的研究成為了必要。
　　本文首先針對(duì)大型空間結(jié)構(gòu)的搭建問題進(jìn)行任務(wù)分析及關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)，給出利用五自由度冗余機(jī)器人操作柔性梁以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)目標(biāo)的系統(tǒng)總體操作方案、控制方案的思路及原理，并利用Pro/E對(duì)冗余機(jī)器人進(jìn)行了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。重點(diǎn)對(duì)雙機(jī)器人操作大型柔性梁這一大型空間結(jié)構(gòu)裝配的典型問題進(jìn)行

2、了研究。對(duì)雙機(jī)器人操作系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模及控制方案研究，其中機(jī)器人采用D-H坐標(biāo)法進(jìn)行幾何建模，采用第二類拉格朗日方法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。柔性梁簡(jiǎn)化為歐拉-伯努利梁，大型空間結(jié)構(gòu)基座采用集中質(zhì)量法簡(jiǎn)化建模。控制方案主要包括末端力控制及基座控制兩部分，首先末端力控制部分對(duì)操作過程中機(jī)器人末端執(zhí)行力進(jìn)行了設(shè)計(jì)并采用PI控制其收斂。而基座控制部分則主要采用解出加速度控制法進(jìn)行機(jī)器人控制，由于雙機(jī)器人均為五自由度冗余機(jī)器人，利用基于任務(wù)優(yōu)先級(jí)的逆

3、運(yùn)動(dòng)學(xué)算法（PIK）對(duì)機(jī)器人操作桁架裝配件平動(dòng)及繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)過程中沿規(guī)劃路徑運(yùn)動(dòng)并達(dá)到大型空間桁架結(jié)構(gòu)減震的優(yōu)化目標(biāo)。最終在Patran/Nastran中建立柔性梁的有限元模型，對(duì)其分別作用預(yù)期作用力及均值力進(jìn)行比較，結(jié)果可見所設(shè)計(jì)的預(yù)期作用力可實(shí)現(xiàn)柔性梁減震的目標(biāo)。在Matlab/Simulink中搭建其控制模塊，利用其Simmechanics模塊搭建機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模塊分別對(duì)柔性梁平動(dòng)及繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)兩種工況進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明，平動(dòng)及