空間五指靈巧手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國航天領(lǐng)域空間站項(xiàng)目的快速發(fā)展，宇航員的在軌操作任務(wù)越來越繁重，為了減輕宇航員的勞動(dòng)強(qiáng)度，對智能機(jī)器人的需求越來越迫切，未來的航天任務(wù)將會(huì)由宇航員和機(jī)器人協(xié)同完成。傳統(tǒng)的“夾鉗式”末端操作工具的工作能力有限，遠(yuǎn)不能滿足人機(jī)協(xié)同操作的需求。多指靈巧手的靈活性更高、工作能力更強(qiáng)、適應(yīng)性更好，更適合復(fù)雜的航天任務(wù)。本文主要研究了空間五指靈巧手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了靈巧手原理樣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用的關(guān)鍵技術(shù)和遇到的主要難點(diǎn)。
　

2、　本文首先對比了國內(nèi)外幾種典型的靈巧手，在腱驅(qū)動(dòng)和電機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)方案中選擇了更適合航天任務(wù)的腱驅(qū)動(dòng)方案，并給出了空間五指靈巧手原理樣機(jī)的主要參數(shù)。
　　設(shè)計(jì)了空間五指靈巧手原理樣機(jī)的各個(gè)子系統(tǒng)，推導(dǎo)了手腕的俯仰角和偏航角與絲杠位移的關(guān)系，對其進(jìn)行了線性擬合；給出了N+1型全驅(qū)動(dòng)和N型欠驅(qū)動(dòng)方案的腱繩配置方法，推導(dǎo)了關(guān)節(jié)力矩與腱張力的對應(yīng)關(guān)系；給出了關(guān)節(jié)角位置傳感器的設(shè)計(jì)方法、標(biāo)定過程和數(shù)據(jù)處理方法；選用合適的電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和TwinC

3、AT自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)了高速實(shí)時(shí)的多軸控制；給出了上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)和架構(gòu)。
　　針對采用N+1型全驅(qū)動(dòng)方案的手指，采用了D-H參數(shù)法來求解手指的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式；針對腱繩的傳力特點(diǎn)，用一種張力分配算法（TDA）來控制每根腱繩中的張力處于合理范圍內(nèi)，并用計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了張力分配算法的正確性；用阻抗控制算法控制指尖接觸力的平滑變化；并用基于ADAMS虛擬樣機(jī)的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單指控制算法的可行性。
　　針對采用N型欠驅(qū)動(dòng)方案的手指