空间桁架爬行机器人运动特性研究

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1、硕士学位论文空间桁架爬行机器人运动特性研究RESEARCHONMOTIONCHARACTERISTICSOFSPACETRUSSCLIMBINGROBOT唐天峰哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V476.5学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文空间桁架爬行机器人运动特性研究硕士研究生：唐天峰导师：李笑教授申请学位：工程硕士学科：机械设计及理论所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V476.

2、5U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMOTIONCHARACTERISTICSOFSPACETRUSSCLIMBINGROBOTCandidate：TangTianfengSupervisor：Prof.LiXiaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalDesignandTheoryAffiliation：Schoo

3、lofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要目前针对空间桁架结构的在轨装配任务主要有两种技术手段，包括航天员舱外作业和空间机械臂。但是随着航天技术的发展，空间结构的大型化和复杂化使它们有了一定的局限性，例如舱外高强度任务带来的危险性和机械臂自身的操作空间有限性以及灵活机动性差等，而对以桁架结构为目标的空间爬行机器人的研究可

4、以充分弥补这些不足。本文提出一种具备仿壁虎粘附结构，可适应不同桁架目标的爬行机器人，并利用离散元-多体系统动力学联合仿真技术对机器人的运动特性展开研究。从提高机器人适应性出发，结合工作环境和爬行目标材料，基于仿生原理确定了机器人的整体构型，通过结构设计确定了机器人关键尺寸并对其进行虚拟样机建模。从仿生学角度完成了对机器人粘附微结构的设计。通过分解机器人动作提出运动功能方案，并以机器人单腿为对象，完成了单腿的运动学和运动空间分析，为后续仿真参数设置提供依据。采用离散元方法，在EDEM中利用颗粒堆积

5、法建立机器人仿生刚毛微结构仿真模型。结合运动学分析结果，针对机器人单腿抱抓动作，利用ADAMS建立运动学仿真模型。在零重力环境下，通过EDEM-ADAMS联合仿真平台对比分析有无粘附微结构对机器人爬行运动的影响，验证了粘附爬行方案的可行性。通过分析典型六足昆虫的爬行步态，综合爬行速度和运动稳定性考虑，利用ADAMS对三角步态和蠕行步态进行定义，并针对大截面桁架杆和大尺寸桁架结构这两种爬行目标分别完成机器人整体爬行过程的联合仿真，获得了运动过程中腿部所受粘附力的变化及其影响规律以及本体位移、速度等

6、相关运动特性。基于机器人系统设计完成了机器人零部件的加工、装配以及调试，并采用重力补偿方法开展了模拟空间微重力环境下，以大截面桁架杆为目标的机器人爬行运动试验，测试了原理样机的运动功能，验证了带有粘附微结构的爬行机器人整体方案的可行性，为将来空间桁架爬行机器人的进一步研究提供参考。关键词：空间桁架；爬行机器人；运动特性；离散元-I-AbstractAbstractAtpresent,therearemainlytwotechnicalmeansforon-orbitassemblytasksfo

7、rspacetrussstructures,includingtheastronaut’scabinoperationsandspacemanipulators.However,thetrendoflarge-scaleandcomplicatedspatialstructureshasgivenbothofthemsomelimitations,forexample,risksofextravehicularmissions,thelimitedoperatingspaceandpoorfle

8、xibilityofspacemanipulator.Thestudyofspaceclimbingrobotcanfullycompensateforthesedeficiencies.Inthispaper,aclimbingrobotwithbiomimeticgeckoadhesionstructureisproposedandthemotioncharacteristicsbasedondiscreteelement-multibodysystemdynamicsco-simulati