大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)性能測試平臺(tái)研制及參數(shù)辨識(shí)研究.pdf

1、隨著我國空間站建設(shè)步伐的加快,大型空間機(jī)械臂的研制變得更加迫切。關(guān)節(jié)是大型空間機(jī)械臂的關(guān)鍵組件,將工作在大溫差、高真空、強(qiáng)輻射的環(huán)境下,其性能好壞將直接影響到整個(gè)在軌任務(wù)的完成。為此,本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自主課題“空間大型機(jī)械臂的研制”開展了大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)性能測試平臺(tái)的研制工作,并基于該平臺(tái)開展了關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)的研究。
　　大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)的定位精度和負(fù)載能力是關(guān)節(jié)最主要的兩個(gè)性能指標(biāo),因此使用相應(yīng)的測試設(shè)備檢測其性能指標(biāo)是否

2、滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求就顯得尤為重要。針對(duì)這種需求,本文研制了 HIT大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)性能測試平臺(tái),該測試平臺(tái)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(dòng)器等部件,從而達(dá)到對(duì)關(guān)節(jié)性能進(jìn)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(dòng)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(dòng)力學(xué)模型建立了HIT大型空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)的動(dòng)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(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)準(zhǔn)確性,高精度的傳感器能大大提高參數(shù)辨識(shí)的效率,為此本文標(biāo)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(duì)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(bǔ)償方法,并完成多次補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確的動(dòng)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(jī)械臂

4、關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)參數(shù)辨識(shí)研究。采用粘滯+庫倫摩擦模型、三次多項(xiàng)式摩擦模型和Stribeck摩擦模型進(jìn)行關(guān)節(jié)摩擦辨識(shí)研究,結(jié)果表明Stribeck摩擦模型更能反映實(shí)際的關(guān)節(jié)阻尼。剛度辨識(shí)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(jìn)行基于關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型的離線參數(shù)辨識(shí),結(jié)果表明考慮庫倫+粘滯摩擦?xí)r辨識(shí)得到的剛度更加接近實(shí)際關(guān)節(jié)剛度值。在離線辨識(shí)的基礎(chǔ)上采用改進(jìn)的遞推最小二乘法并考慮基于誤差的遺