空間手爪抓握策略的研究.pdf

1、空間機器人是發(fā)展最迅速的科研領域之一。由于具有可以代替宇航員進行艙外操作、降低空間作業(yè)成本等優(yōu)點，空間機器人成為各國爭相研究的課題。作為末端執(zhí)行器的空間手爪是空間機器人研究的一個重點內(nèi)容。本文分別從理論、仿真、試驗等幾個方面對空間手爪的抓握操作進行了分析。
　　本文首先對空間機器人系統(tǒng)中的手爪系統(tǒng)的結構進行了分析，定義了幾個特殊的抓握操作過程，并建立了手爪坐標系。隨后對抓握的整體過程進行了分析和研究，設計了基于視覺技術的捕獲流程。

2、接著對空間機器人系統(tǒng)進行了運動學和動力學分析，基于動量守恒定律得到了運動學方程，基于拉格朗日方程得到了動力學方程，為后面的分析打下理論基礎。
　　手爪在實施抓握操作的時候涉及到如何定位的問題，本文中的手爪利用特殊的設計結構，實現(xiàn)了對處于不同初始位姿下的捕獲接口的抓握及定位能力。之后討論了抓握速度的分配問題，對鎖緊過程進行了軌跡規(guī)劃，并對空間機器人從跟從點到捕獲點的運動過程進行了基于視覺的軌跡規(guī)劃。隨后對手爪抓握過程中出現(xiàn)的接觸和碰

3、撞現(xiàn)象進行了詳細的分析研究，建立了碰撞的模型，得到了碰撞的方程，并分別研究了它對基座和目標器的影響。接著分析了空間手爪抓握操作出現(xiàn)失敗現(xiàn)象的原因以及解決對策，同時研究了手爪在完成任務后如何釋放目標器的問題，規(guī)劃了手爪從鎖緊位置運動到閉合位置的運動軌跡。
　　最后，為了研究空間手爪抓握策略的可行性，以及確定影響抓握效果的各種因素，本文進行了計算機仿真，并在氣浮試驗平臺并進行了抓握試驗。仿真證實了手爪可以完成對目標器的抓握操作。在抓握

4、試驗中，一方面通過改變目標器捕獲接口的初始位姿以檢驗空間手爪能否抓握成功，并進行了大量的試驗，獲得了空間手爪的有效捕獲范圍；另一方面通過改變抓握的速度，獲得了在同一初始位姿下的不同抓握策略的效果。同時也進行了基于視覺的捕獲試驗，證實了空間手爪可以在機械臂的帶動下完成跟蹤、進入與抓握操作。
　　本課題隸屬于國家863項目，主要對系統(tǒng)中空間手爪的抓握策略進行了研究，分析了相應的抓握、釋放等操作。本課題的研究可以拓展空間用手爪抓握應用領