三維重力補(bǔ)償方法與空間浮游目標(biāo)模擬實(shí)驗(yàn)裝置研究.pdf

1、空間機(jī)器人是人類探索宇宙、利用太空資源的重要工具,是國家科技水平和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的具體體現(xiàn)。建立能夠模擬太空微重力環(huán)境的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是進(jìn)行空間機(jī)器人研究的必要條件,也是目前存在的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。本文的研究目的是在地面開發(fā)出高精度的微重力模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)空間機(jī)器人對(duì)浮游目標(biāo)的捕獲功能驗(yàn)證。
　　主要內(nèi)容為:
　　1、介紹了利用釋放重力加速度和空間軌道運(yùn)動(dòng)來制造微重力環(huán)境的方法;閘述了目前采用平衡力來補(bǔ)償和抵消重力的懸掛法、水浮法、氣浮法

2、三種主要的空間機(jī)器人功能驗(yàn)證地面試驗(yàn)方法與設(shè)備。
　　2、將懸掛法和其他重力補(bǔ)償方法做了對(duì)比;通過對(duì)吊絲配重法的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試,可知其重力補(bǔ)償效果和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在不足,提出了模型配重質(zhì)量對(duì)分方法,同時(shí)也提出克服摩擦或減小摩擦是吊絲配重技術(shù)的關(guān)鍵問題:最后還研究了主動(dòng)重力補(bǔ)償方法和半豐動(dòng)重力補(bǔ)償方法。
　　3、提出了模擬空間浮游目標(biāo)六自由度運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法,介紹了平面主動(dòng)移動(dòng)和被動(dòng)滑行機(jī)構(gòu),研究了柱坐標(biāo)式空中行走

3、隨動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型及其運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解方法;針對(duì)懸掛模塊提出時(shí)間最優(yōu)控制方法,并對(duì)運(yùn)動(dòng)跟蹤過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果表明所用的路徑規(guī)劃是有效的。
　　4、研究了水浮模型研制中配體、浮心重心合一等問題,并設(shè)計(jì)了水浮式空間機(jī)器人功能驗(yàn)證裝置;通過流體動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)了水中模型運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的附加質(zhì)量會(huì)影響模擬試驗(yàn)的相似性,提出改變模型質(zhì)量以達(dá)到1:1高度相似的模擬。
　　5、通過對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的壓力、流量等流動(dòng)特性研究,建立了低摩擦氣缸結(jié)構(gòu)

4、參數(shù)和氣壓動(dòng)力與泄露量的數(shù)學(xué)模型;根據(jù)重力平衡思想,提出了氣壓式重力補(bǔ)償方法,設(shè)計(jì)制造出新型低摩擦(“無摩擦”)氣缸,測(cè)試實(shí)驗(yàn)表明該氣缸可以用于三維重力補(bǔ)償系統(tǒng)。
　　6、介紹了吊絲配重型模擬衛(wèi)星,指出其在質(zhì)量、慣量上與模擬對(duì)象有較大差別;利用所設(shè)計(jì)的低摩擦氣缸制造出可實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)模擬衛(wèi)星模型,具備質(zhì)量特性非常接近的優(yōu)點(diǎn);設(shè)計(jì)了主動(dòng)漂浮運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行了模擬衛(wèi)星浮游性能的測(cè)試實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)了空間機(jī)器人捕獲功能驗(yàn)證地面實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方案

5、。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)有：提出了氣壓式重力補(bǔ)償方法、研制了新型無摩擦氣缸，并用它們?cè)O(shè)計(jì)了6自由度模擬衛(wèi)星和浮游目標(biāo)三維氣浮式仿真平臺(tái)，該項(xiàng)研究對(duì)高精度微重力物理仿真具有重要意義;對(duì)空間機(jī)器人功能驗(yàn)證水浮模型進(jìn)行流體力學(xué)分析，提出了設(shè)計(jì)水浮模型的方法，研究了以往演示系統(tǒng)沒有注意到的動(dòng)力學(xué)相似問題，通過調(diào)整試驗(yàn)?zāi)Ｐ唾|(zhì)量實(shí)現(xiàn)1:1高度相似模擬;提出了針對(duì)吊絲配重系統(tǒng)的模型配重質(zhì)量對(duì)分法、摩擦輪助動(dòng)法;利用合適的軌跡規(guī)劃實(shí)現(xiàn)懸掛支撐機(jī)構(gòu)對(duì)懸