考慮環(huán)境力矩的機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與軌跡跟蹤控制研究.pdf

1、空間機(jī)械臂是在軌服務(wù)機(jī)器人極為重要的操作工具，在超低軌狀態(tài)下，環(huán)境力矩，尤其是氣動(dòng)力矩將會(huì)對(duì)機(jī)械臂操作精度產(chǎn)生影響。本文針對(duì)環(huán)境力矩、空間機(jī)械臂建模和機(jī)械臂軌跡跟蹤控制問(wèn)題進(jìn)行了研究與實(shí)現(xiàn)。
　　本文首先介紹了稀薄氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r，給出了目前國(guó)內(nèi)外在空間機(jī)械臂問(wèn)題上的研制計(jì)劃和發(fā)展情況，對(duì)國(guó)內(nèi)外在空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制方面的研究情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析和評(píng)述；其次，研究了超低軌衛(wèi)星所受環(huán)境力矩的建模方法。針對(duì)重力梯度力矩，采用將研

2、究對(duì)象拆分獨(dú)立計(jì)算的方法，分析系統(tǒng)各部件受到的重力梯度力矩，通過(guò)仿真算例得到，系統(tǒng)所受重力梯度力矩量級(jí)為410? N?m。針對(duì)氣動(dòng)力矩，在一般工程應(yīng)用模型基礎(chǔ)上，引入微元?jiǎng)澐炙枷?，提出了一種針對(duì)研究對(duì)象精確計(jì)算有效迎風(fēng)面積的方法，并通過(guò)仿真算例得到，有效迎風(fēng)面積的計(jì)算精度達(dá)到99.9％以上。應(yīng)用有效迎風(fēng)面積算法，計(jì)算得到系統(tǒng)所受氣動(dòng)力矩量級(jí)為210? N?m，相對(duì)于重力梯度力矩，氣動(dòng)力矩為低軌衛(wèi)星主要的影響力矩。再次，給出了機(jī)械臂關(guān)節(jié)坐

3、標(biāo)系的定義方法及關(guān)節(jié)坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，并以此推導(dǎo)了機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)正解。然后引入拉格朗日方法對(duì)空間機(jī)械臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，得到機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)合第二章得到的環(huán)境力矩模型進(jìn)行仿真計(jì)算，對(duì)有無(wú)環(huán)境干擾下的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在超低軌道下，關(guān)節(jié)無(wú)控時(shí)環(huán)境力矩對(duì)機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)及末端位置影響較大，同時(shí)驗(yàn)證了動(dòng)力學(xué)模型的正確性。最后，對(duì)空間機(jī)械臂軌跡跟蹤控制問(wèn)題進(jìn)行了討論。針對(duì)建立的基于拉格朗日方法的機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)固定基機(jī)械臂