基于差動機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動自適應(yīng)式空間捕獲裝置研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，太空資源的競爭日趨激烈，更多的航天器進(jìn)入太空執(zhí)行任務(wù)。航天器燃料用盡或是結(jié)構(gòu)單元發(fā)生故障老化，就會導(dǎo)致航天器失效。在軌操縱技術(shù)為提高航天器在太空軌道的生存能力，增強(qiáng)其控制效能提供了可能，具有重大的經(jīng)濟(jì)和軍事意義。衛(wèi)星捕獲是在軌操縱技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，近年來已引起世界各國的重視，很多國家對此展開了深入的研究。我國近年來也開始了空間操控方面的研究，但由于剛剛起步，缺乏有效的衛(wèi)星捕獲手段和相關(guān)技術(shù)。
　　本文根據(jù)空

2、間捕獲對裝置質(zhì)量輕、體積小、對目標(biāo)具有適應(yīng)能力的設(shè)計要求，提出一種具有折展和抓取功能的欠驅(qū)動自適應(yīng)式空間捕獲裝置。本文對所提出的捕獲裝置進(jìn)行方案擬定與結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細(xì)闡述捕獲裝置的基本組成和工作原理。該捕獲裝置由三個3自由度的欠驅(qū)動機(jī)械手指組成，采用4個電機(jī)驅(qū)動9個關(guān)節(jié)運(yùn)動。具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電機(jī)少、容易控制、裝置質(zhì)量輕、占據(jù)空間小、捕獲功能可靠、對目標(biāo)具有自適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)。
　　根據(jù)捕獲裝置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動特點(diǎn)，建立捕獲裝置單指的坐標(biāo)

3、系，推導(dǎo)得到正運(yùn)動學(xué)與逆運(yùn)動學(xué)方程。將捕獲裝置抓取目標(biāo)的動力學(xué)模型簡化為準(zhǔn)靜力學(xué)模型，經(jīng)過力學(xué)方程的推導(dǎo)，得到關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩、阻尼力矩和抓取力三者之間的關(guān)系表達(dá)式，分析驅(qū)動和阻尼力矩、捕獲裝置機(jī)構(gòu)參數(shù)以及目標(biāo)尺寸參數(shù)對抓取力的影響，并通過ADAMS軟件建模仿真驗證準(zhǔn)靜力學(xué)模型的正確性。
　　采用Lagrange方程法對捕獲裝置的折展過程進(jìn)行動力學(xué)分析，建立捕獲裝置剛體系統(tǒng)的Lagrange方程，推導(dǎo)分析Lagrange方程各項系數(shù)的

4、關(guān)系。在ADAMS中建立折展過程的動力學(xué)仿真模型，將其仿真結(jié)果與理論模型對比，驗證理論分析的正確性。
　　在ADAMS建立抓取運(yùn)動的仿真模型，通過變換捕獲裝置關(guān)節(jié)之間不同的驅(qū)動順序和運(yùn)動速度，模擬了采用指中多個點(diǎn)抓握的方式抓取目標(biāo)，分析得出本文所設(shè)計的捕獲裝置多點(diǎn)抓握能夠穩(wěn)定抓取目標(biāo)，對目標(biāo)具有自適應(yīng)性。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制了捕獲裝置的單指樣機(jī)，通過驅(qū)動系統(tǒng)控制，完成了折展功能試驗和抓取功能試驗，分別得到了在折展和抓取過程中多個參數(shù)