基于單關(guān)節(jié)鎖定的空間機械臂建模與控制.pdf

1、空間機械臂系統(tǒng)已成功應(yīng)用于空間站、航天飛機、空間機器人等領(lǐng)域,它具備自主分析能力和視覺識別能力,能夠執(zhí)行精確操作,是集機械、視覺、動力學(xué)、電子和控制等學(xué)科為一體的高端航天裝備。隨著國家空間站建設(shè)任務(wù)的推進,空間站機械臂的定位精度和可達范圍要求更高,七自由度冗余機械臂的研制是新的發(fā)展方向?？臻g機械臂安全穩(wěn)定、精確有效地完成設(shè)定的空間任務(wù),能夠在指定位置用合適的作用力去完成預(yù)定任務(wù),需要對空間機械臂系統(tǒng)的力分量和位置分量進行控制。
　

2、　本文以7自由度冗余空間機械臂鎖定第三關(guān)節(jié)后,形成的新臂型空間機械臂系統(tǒng)為研究對象,重點研究空間機械臂與末端接觸力模型建立,末端接觸力計算,以及力和位置混合控制問題。論文基于機器人運動學(xué),對空間機械臂的運動進行了分析研究,討論了運動學(xué)正問題和運動學(xué)逆問題中空間機械臂關(guān)節(jié)角度和位姿的關(guān)系,通過7DOF的空間機械臂和單關(guān)節(jié)鎖定后的6DOF空間機械臂結(jié)構(gòu)的研究,構(gòu)建了相關(guān)的物理模型,建立了空間機械臂D-H坐標(biāo)系,給出求解D-H參數(shù)的方法,計算

3、D-H參數(shù)。通過Jacobian矩陣求解,表示了空間機械臂操作空間和關(guān)節(jié)空間的相互轉(zhuǎn)換?；诳臻g機械臂執(zhí)行ORU操作,提出末端與環(huán)境相接觸所產(chǎn)生接觸力的計算方法,通過設(shè)計一種圓柱形ORU以及與之匹配的圓錐形ORU引導(dǎo)槽新型結(jié)構(gòu),快速計算出侵入深度,采用彈簧阻尼模型方法構(gòu)建末端與環(huán)境的接觸模型,將侵入量輸入模型,計算末端接觸力?；诳臻g機械臂力和位置混合控制原理,以及SimMechanics方法的動力學(xué)建模,采用Matlab-Simuli