【摘 要】
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随着现代航天技术的不断发展与提高,我国空间站建设、神舟十二号飞船、行星探测等重大航天工程的也陆续启动与实施,对航天器的需求量日益增加,对空间操作臂的工作需求也日益增加,亟需研制一种高刚度、高强度、多活动度以及大工作空间的空间操作臂。本文设计一种可以实现上述目标的空间操作臂机构,并对空间操作臂进行了基本特性分析和多目标参数优化,建立了空间操作臂的等效模型,最后研制了空间操作臂的样机并进行了实验验证与
【基金项目】
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国家自然科学基金《空间大尺度可变构型智能结构体创新设计与在轨操控方法研究》（项目编号:U1613201）；
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随着现代航天技术的不断发展与提高,我国空间站建设、神舟十二号飞船、行星探测等重大航天工程的也陆续启动与实施,对航天器的需求量日益增加,对空间操作臂的工作需求也日益增加,亟需研制一种高刚度、高强度、多活动度以及大工作空间的空间操作臂。本文设计一种可以实现上述目标的空间操作臂机构,并对空间操作臂进行了基本特性分析和多目标参数优化,建立了空间操作臂的等效模型,最后研制了空间操作臂的样机并进行了实验验证与结果分析。首先根据调研结果及空间操作臂设计要求,参照目前已有的多环机构构型,基于3-R（RSR）RP多环机构设计空间操作臂的基本组成单元,包括复合铰链结构、模块结构以及操作臂结构设计。3-R（RSR）RP多环机构空间操作臂是拥有折展、弯曲多活动度的空间操作器,在确定结构设计及运动原理的基础上,对3-R（RSR）RP多环机构进行运动学特性分析,确保操作器方案合理可行。设计基于理想节点的复合铰链机构并分析方案合理性,通过ADAMS仿真验证空间操作臂的可行性;通过矢量法建立3-R（RSR）RP多环机构及其组成的操作臂的正逆运动学模型来实现超冗余度控制,通过计算得到关键节点的空间运动轨迹及其他运动学参数与ADAMS仿真模型进行对比,验证空间操作臂运动学模型的正确性。利用虚位移原理建立空间操作臂静力学平衡方程和动力学方程,得出空间操作臂的最大承载能力和外载荷下机构的平衡驱动力,并分析其动力学特性。建立操作臂的动力学仿真模型,对其动力学性能进行仿真与验证。以运动学分析和动力学分析的结果为基础,建立多目标优化数学模型,以得到最佳性能。基于优选结果,给出空间操作臂的详细结构参数。搭建可展开桁架的样机,通过样机的运动实验验证样机的3-R（RSR）RP多环机构运动功能的可实现性及复合铰链方案的合理性;通过样机的运动学实验及模态实验得到的结果同理论计算结果对比验证等效模型的正确性。上述分析及实验为后期空间操作臂落地提供设计思路、理论及数据支持。
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