機械臂重力補償裝置的隨動系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).pdf

1、隨著我國探月工程的發(fā)展，對月球機械臂的地面模擬(微重力模擬)試驗變得越來越重要。當前，微重力模擬的方法主要有氣浮法、水浮法、落塔法和懸吊法等。其中，懸吊法主要是通過吊絲拉力來補償機械臂自身的重力，本系統(tǒng)中只需要補償機械臂重力的5/6。由于懸吊法具有結構簡單、易于實現(xiàn)且能夠進行三維模擬等特點，是目前各國廣泛采用的微重力模擬方法之一。
　　本課題設計并實現(xiàn)了機械臂重力補償裝置的隨動系統(tǒng)。機械臂重力補償裝置用來補償機械臂5/6的重力，為

2、其地面試驗提供月球微重力的力學環(huán)境；隨動系統(tǒng)在機械臂運動過程中使重力補償裝置跟隨機械臂運動；重力補償裝置以懸吊法實現(xiàn)，懸吊點位置的跟蹤誤差是影響地面試驗的關鍵因素，較大的跟隨誤差將對機械臂產(chǎn)生水平方向的干擾力矩，破壞地面試驗的力學環(huán)境。本課題提出了視覺伺服跟蹤隨動方法，設計并實現(xiàn)了一套微重力地面試驗驗證系統(tǒng)，有效地減小了隨動誤差，降低了重力補償裝置對機械臂產(chǎn)生的側向干擾力矩。
　　本文首先介紹了月球機械臂地面模擬試驗裝置的硬件結構

3、；其次介紹了基于位置伺服的隨動系統(tǒng)的整體結構，以及系統(tǒng)的可靠性設計；最后詳細地介紹了隨動系統(tǒng)個部分的設計與實現(xiàn)。
　　圖像作為整個系統(tǒng)的關鍵反饋信息，其成像質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的精度，為了能夠滿足高精度、大視場、大景深、高頻率的成像條件，本系統(tǒng)設計了一套基于激光測距儀及雙相機的視覺測量系統(tǒng)。
　　如何選取合適的圖像特征，保證能夠快速的檢測目標并實現(xiàn)準確地定位是圖像處理過程的關鍵。本系統(tǒng)設計了以LED光源主動發(fā)光為基礎的目標標志

4、器，提出了一套目標識別、檢測和位置測量的方法。
　　在傳統(tǒng)的基于位置的隨動系統(tǒng)中，總是跟隨目標的運動在先，執(zhí)行機構的隨動在后，因此執(zhí)行機構總是滯后于運動目標，難以減小隨動過程中的位置偏差。針對此問題，本文提出了利用卡爾曼濾波對機械臂的運動進行估計的方法，以此來對執(zhí)行機構的動作進行預測，提高隨動系統(tǒng)的動態(tài)性能，該方法有效地減少了隨動偏差。
　　在執(zhí)行機構的控制方面，為了簡化控制器的設計，將控制器分為視覺控制器和執(zhí)行機構控制器。