基于差動機構(gòu)的欠驅(qū)動自適應(yīng)式空間捕獲裝置研究.pdf

1、隨著科技的進步，太空資源的競爭日趨激烈，更多的航天器進入太空執(zhí)行任務(wù)。航天器燃料用盡或是結(jié)構(gòu)單元發(fā)生故障老化，就會導致航天器失效。在軌操縱技術(shù)為提高航天器在太空軌道的生存能力，增強其控制效能提供了可能，具有重大的經(jīng)濟和軍事意義。衛(wèi)星捕獲是在軌操縱技術(shù)中不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)，近年來已引起世界各國的重視，很多國家對此展開了深入的研究。我國近年來也開始了空間操控方面的研究，但由于剛剛起步，缺乏有效的衛(wèi)星捕獲手段和相關(guān)技術(shù)。
　　本文根據(jù)空

2、間捕獲對裝置質(zhì)量輕、體積小、對目標具有適應(yīng)能力的設(shè)計要求，提出一種具有折展和抓取功能的欠驅(qū)動自適應(yīng)式空間捕獲裝置。本文對所提出的捕獲裝置進行方案擬定與結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳細闡述捕獲裝置的基本組成和工作原理。該捕獲裝置由三個3自由度的欠驅(qū)動機械手指組成，采用4個電機驅(qū)動9個關(guān)節(jié)運動。具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電機少、容易控制、裝置質(zhì)量輕、占據(jù)空間小、捕獲功能可靠、對目標具有自適應(yīng)性等優(yōu)點。
　　根據(jù)捕獲裝置的機構(gòu)運動特點，建立捕獲裝置單指的坐標

3、系，推導得到正運動學與逆運動學方程。將捕獲裝置抓取目標的動力學模型簡化為準靜力學模型，經(jīng)過力學方程的推導，得到關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩、阻尼力矩和抓取力三者之間的關(guān)系表達式，分析驅(qū)動和阻尼力矩、捕獲裝置機構(gòu)參數(shù)以及目標尺寸參數(shù)對抓取力的影響，并通過ADAMS軟件建模仿真驗證準靜力學模型的正確性。
　　采用Lagrange方程法對捕獲裝置的折展過程進行動力學分析，建立捕獲裝置剛體系統(tǒng)的Lagrange方程，推導分析Lagrange方程各項系數(shù)的

4、關(guān)系。在ADAMS中建立折展過程的動力學仿真模型，將其仿真結(jié)果與理論模型對比，驗證理論分析的正確性。
　　在ADAMS建立抓取運動的仿真模型，通過變換捕獲裝置關(guān)節(jié)之間不同的驅(qū)動順序和運動速度，模擬了采用指中多個點抓握的方式抓取目標，分析得出本文所設(shè)計的捕獲裝置多點抓握能夠穩(wěn)定抓取目標，對目標具有自適應(yīng)性。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，研制了捕獲裝置的單指樣機，通過驅(qū)動系統(tǒng)控制，完成了折展功能試驗和抓取功能試驗，分別得到了在折展和抓取過程中多個參數(shù)