论文部分内容阅读
在轨服务技术主要面向空间站建设、航天器维护及修复等空间任务,既能保证航天器的正常运行,又能减少航天器故障或失效造成的损失,具有巨大的研究价值和应用前景,是当前空间机器人技术领域的研究热点。在轨服务中,空间机械臂是主要的执行单元,在完成空间交会对接任务的过程中发挥了关键作用。本文面向一种具有软接触功能的机械臂,研制了一套动力学性能测试系统,可实现包括机械臂整体和可控阻尼单元关键部件的动力学性能测试。本论文的研究内容来源于国家自然科学基金资助项目(51305039)和中央高校基本科研业务费专项资金项目(2014PTB-00-01),具体内容如下:首先,综述了空间交会对接技术、空间机械臂技术、软接触技术和可控阻尼器技术的研究现状,指出了本文的研究背景和立题依据;其次,分析了软接触机械臂的关节结构和工作原理,并对机械臂中的柔性部件即直线磁流变阻尼器和旋转磁流变阻尼器的结构和力学性能影响因素进行了研究。给出了一种利用凯恩方程建立的软接触机械臂动力学模型,并利用MATLAB和Adams软件进行了仿真对比,验证了动力学模型的有效性;再次,利用Adams动力学仿真软件,分别开展了刚性模式、弹性模式和弹性/阻尼模式三种工况下的碰撞动力学仿真分析,结果表明软接触机械臂在接触后对碰撞力具有明显的缓冲和卸载能力。相应地,设计了一套软接触机械臂的动力学性能测试系统,通过测试碰撞后机械臂与基座之间的耦合力变化,验证了软接触机械臂对于碰撞的缓冲和卸载作用;最后,针对直线磁流变阻尼器设计了动力学性能测试系统,完成了阻尼力-速度、阻尼力-位移和阻尼力-控制电流的的关系曲线测试;针对旋转磁流变阻尼器设计了动力学性能测试系统,完成了阻尼力矩-转速和阻尼力矩-控制电流的关系曲线测试。结果表明,两类阻尼器均具有阻尼可控的特征,测试数据为进一步实现阻尼器的模型辨识提供了可靠的依据。