基于隨動式機器人的航天服關節(jié)力學特性測試系統(tǒng)研究.pdf

1、航天服是載人航天必不可少的防護裝備，是航天員個人生命保障系統(tǒng)中最重要的分系統(tǒng)。隨著載人航天的深入發(fā)展，航天服的活動性能已經成為其最重要的性能指標之一。在航天服的研制和航天工效學研究中進行航天服關節(jié)力學特性的測試已經成為一項非常緊迫的課題。本文結合國家“載人航天”工程項目“航天服關節(jié)力學特性測試系統(tǒng)”的研制，提出新的航天服關節(jié)力學特性測量方法，研究和發(fā)展基于新的測量方法的理論體系，搭建測試系統(tǒng)平臺，通過具體實踐檢驗理論體系的正確性和可行性

2、。
　　本文在全面地綜述了傳統(tǒng)的航天服關節(jié)力學特性測量技術的基礎上，將機器人學理論引入到這一領域中，提出基于隨動式測量機器人的航天服關節(jié)力學特性測量方法。
　　針對這一測量方法，研制隨動式測量機器人測試系統(tǒng)。在研究了機器人的本體結構的基礎上分析桿件參數(shù)和測試空間的關系，為優(yōu)化桿件參數(shù)提供了理論依據(jù)；設計六通道光電碼盤數(shù)據(jù)采集與接口電路，該電路結構簡潔、功耗低、性能穩(wěn)定；開發(fā)航天服關節(jié)力學特性測試軟件系統(tǒng)，軟件具有功能強大、界

3、面友好、操作簡便等特點。整個測試系統(tǒng)適應性強、可靠性高、易于維護、測量精確。建立機器人測量的數(shù)學模型，為機器人空間位置和姿態(tài)的測量奠定了基礎，并對機器人的位置測量精度進行了分析。
　　根據(jù)艙內航天服手臂的實際特性，建立柔性關節(jié)的數(shù)學模型，并進行手臂的運動學建模。研究航天服手臂的運動學與靜力學，完善了系統(tǒng)的測量原理。通過仿真驗證了機器人與航天服手臂運動空間的配合情況。并探討了系統(tǒng)的擴展應用價值。
　　針對航天服手臂逆運動學計算

4、的實際情況，提出基于神經網(wǎng)絡的逆運動學算法進行航天服關節(jié)角度的計算，研究用于網(wǎng)絡權系數(shù)學習的Levenberg-Marquardt算法，提出基于泛化能力的網(wǎng)絡構造算法，使神經網(wǎng)絡在權系數(shù)訓練的同時，進行拓撲結構的優(yōu)化設計。計算結果證明了該算法具有較高的航天服關節(jié)角度計算精度。本文同時還提出基于六維空間距離的最佳近似解法，并研究了采用微分逆運動學算法求解這一問題的實現(xiàn)過程。對幾種逆運動學算法的性能進行了比較。
　　建立SGI圖形工作