基于差動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)式空間捕獲裝置研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，太空資源的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，更多的航天器進(jìn)入太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)。航天器燃料用盡或是結(jié)構(gòu)單元發(fā)生故障老化，就會(huì)導(dǎo)致航天器失效。在軌操縱技術(shù)為提高航天器在太空軌道的生存能力，增強(qiáng)其控制效能提供了可能，具有重大的經(jīng)濟(jì)和軍事意義。衛(wèi)星捕獲是在軌操縱技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，近年來(lái)已引起世界各國(guó)的重視，很多國(guó)家對(duì)此展開(kāi)了深入的研究。我國(guó)近年來(lái)也開(kāi)始了空間操控方面的研究，但由于剛剛起步，缺乏有效的衛(wèi)星捕獲手段和相關(guān)技術(shù)。
　　本文根據(jù)空

2、間捕獲對(duì)裝置質(zhì)量輕、體積小、對(duì)目標(biāo)具有適應(yīng)能力的設(shè)計(jì)要求，提出一種具有折展和抓取功能的欠驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)式空間捕獲裝置。本文對(duì)所提出的捕獲裝置進(jìn)行方案擬定與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述捕獲裝置的基本組成和工作原理。該捕獲裝置由三個(gè)3自由度的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手指組成，采用4個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)9個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)電機(jī)少、容易控制、裝置質(zhì)量輕、占據(jù)空間小、捕獲功能可靠、對(duì)目標(biāo)具有自適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。
　　根據(jù)捕獲裝置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，建立捕獲裝置單指的坐標(biāo)

3、系，推導(dǎo)得到正運(yùn)動(dòng)學(xué)與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。將捕獲裝置抓取目標(biāo)的動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化為準(zhǔn)靜力學(xué)模型，經(jīng)過(guò)力學(xué)方程的推導(dǎo)，得到關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩、阻尼力矩和抓取力三者之間的關(guān)系表達(dá)式，分析驅(qū)動(dòng)和阻尼力矩、捕獲裝置機(jī)構(gòu)參數(shù)以及目標(biāo)尺寸參數(shù)對(duì)抓取力的影響，并通過(guò)ADAMS軟件建模仿真驗(yàn)證準(zhǔn)靜力學(xué)模型的正確性。
　　采用Lagrange方程法對(duì)捕獲裝置的折展過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，建立捕獲裝置剛體系統(tǒng)的Lagrange方程，推導(dǎo)分析Lagrange方程各項(xiàng)系數(shù)的

4、關(guān)系。在ADAMS中建立折展過(guò)程的動(dòng)力學(xué)仿真模型，將其仿真結(jié)果與理論模型對(duì)比，驗(yàn)證理論分析的正確性。
　　在ADAMS建立抓取運(yùn)動(dòng)的仿真模型，通過(guò)變換捕獲裝置關(guān)節(jié)之間不同的驅(qū)動(dòng)順序和運(yùn)動(dòng)速度，模擬了采用指中多個(gè)點(diǎn)抓握的方式抓取目標(biāo)，分析得出本文所設(shè)計(jì)的捕獲裝置多點(diǎn)抓握能夠穩(wěn)定抓取目標(biāo)，對(duì)目標(biāo)具有自適應(yīng)性。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研制了捕獲裝置的單指樣機(jī)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制，完成了折展功能試驗(yàn)和抓取功能試驗(yàn)，分別得到了在折展和抓取過(guò)程中多個(gè)參數(shù)