大型空間機械臂關(guān)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(shè)步伐的加快,大型空間機械臂的研制變得更加迫切。關(guān)節(jié)是大型空間機械臂的關(guān)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(wù)的完成。為此,本文結(jié)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(guān)節(jié)性能測試平臺的研制工作,并基于該平臺開展了關(guān)節(jié)動力學(xué)參數(shù)辨識的研究。
　　大型空間機械臂關(guān)節(jié)的定位精度和負載能力是關(guān)節(jié)最主要的兩個性能指標,因此使用相應(yīng)的測試設(shè)備檢測其性能指標是否

2、滿足設(shè)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(guān)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(guān)節(jié)性能進行測試的目的。
　　由于關(guān)節(jié)內(nèi)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(guān)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(xué)模型建立了HIT大型空間機械臂關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型。
　　

3、關(guān)節(jié)內(nèi)部傳感器的精度將直接影響關(guān)節(jié)動力學(xué)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(guān)節(jié)內(nèi)部傳感器,包括力矩傳感器、磁編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器和電流傳感器,并且針對旋轉(zhuǎn)變壓器精度較低問題提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差補償方法,并完成多次補償實驗。實驗結(jié)果表明該方法能有效提高旋轉(zhuǎn)變壓器的測角精度。
　　準確的動力學(xué)參數(shù)能有效改善關(guān)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(guān)節(jié)控制模式下的 HIT大型空間機械臂

4、關(guān)節(jié)動力學(xué)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(guān)節(jié)摩擦辨識研究,結(jié)果表明Stribeck摩擦模型更能反映實際的關(guān)節(jié)阻尼。剛度辨識研究結(jié)果表明由于力矩傳感器和一些關(guān)節(jié)連接件的變形造成關(guān)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(guān)節(jié)動力學(xué)模型的離線參數(shù)辨識,結(jié)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(guān)節(jié)剛度值。在離線辨識的基礎(chǔ)上采用改進的遞推最小二乘法并考慮基于誤差的遺