機(jī)械臂重力補(bǔ)償裝置的隨動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著我國(guó)探月工程的發(fā)展，對(duì)月球機(jī)械臂的地面模擬(微重力模擬)試驗(yàn)變得越來(lái)越重要。當(dāng)前，微重力模擬的方法主要有氣浮法、水浮法、落塔法和懸吊法等。其中，懸吊法主要是通過(guò)吊絲拉力來(lái)補(bǔ)償機(jī)械臂自身的重力，本系統(tǒng)中只需要補(bǔ)償機(jī)械臂重力的5/6。由于懸吊法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠進(jìn)行三維模擬等特點(diǎn)，是目前各國(guó)廣泛采用的微重力模擬方法之一。
　　本課題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂重力補(bǔ)償裝置的隨動(dòng)系統(tǒng)。機(jī)械臂重力補(bǔ)償裝置用來(lái)補(bǔ)償機(jī)械臂5/6的重力，為

2、其地面試驗(yàn)提供月球微重力的力學(xué)環(huán)境；隨動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中使重力補(bǔ)償裝置跟隨機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)；重力補(bǔ)償裝置以懸吊法實(shí)現(xiàn)，懸吊點(diǎn)位置的跟蹤誤差是影響地面試驗(yàn)的關(guān)鍵因素，較大的跟隨誤差將對(duì)機(jī)械臂產(chǎn)生水平方向的干擾力矩，破壞地面試驗(yàn)的力學(xué)環(huán)境。本課題提出了視覺(jué)伺服跟蹤隨動(dòng)方法，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套微重力地面試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)，有效地減小了隨動(dòng)誤差，降低了重力補(bǔ)償裝置對(duì)機(jī)械臂產(chǎn)生的側(cè)向干擾力矩。
　　本文首先介紹了月球機(jī)械臂地面模擬試驗(yàn)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

3、；其次介紹了基于位置伺服的隨動(dòng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)；最后詳細(xì)地介紹了隨動(dòng)系統(tǒng)個(gè)部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
　　圖像作為整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵反饋信息，其成像質(zhì)量直接影響著系統(tǒng)的精度，為了能夠滿(mǎn)足高精度、大視場(chǎng)、大景深、高頻率的成像條件，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一套基于激光測(cè)距儀及雙相機(jī)的視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)。
　　如何選取合適的圖像特征，保證能夠快速的檢測(cè)目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地定位是圖像處理過(guò)程的關(guān)鍵。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以L(fǎng)ED光源主動(dòng)發(fā)光為基礎(chǔ)的目標(biāo)標(biāo)志

4、器，提出了一套目標(biāo)識(shí)別、檢測(cè)和位置測(cè)量的方法。
　　在傳統(tǒng)的基于位置的隨動(dòng)系統(tǒng)中，總是跟隨目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)在先，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的隨動(dòng)在后，因此執(zhí)行機(jī)構(gòu)總是滯后于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，難以減小隨動(dòng)過(guò)程中的位置偏差。針對(duì)此問(wèn)題，本文提出了利用卡爾曼濾波對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行估計(jì)的方法，以此來(lái)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高隨動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，該方法有效地減少了隨動(dòng)偏差。
　　在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方面，為了簡(jiǎn)化控制器的設(shè)計(jì)，將控制器分為視覺(jué)控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器。