基于可伸缩机构的空间机械臂系统设计

《基于可伸缩机构的空间机械臂系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第２２卷第５期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．５２０１６年１０月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＯｃｔ．２０１６·空间机械臂专题·基于可伸缩机构的空间机械臂系统设计王康，梁常春，林云成，王耀兵（北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室，北京１０００９２）摘要：空间机械臂在发射阶段往往要求较小的包络，在空间应用阶段又需要足够大的操作范围和很高的操作精度，单一构型的空间机械臂很难满足以上需求。为此提出一种臂杆可伸缩的自重构空间机械臂：当机械臂处于收缩状态时，发射包络小、操作精度高；当机械臂处于伸长状态时，可达范围大。仿真验证结果表明：设计

2、的等截面可伸缩臂杆提高了机械臂的适应能力。关键词：在轨服务技术；空间机械臂；自重构；可伸缩臂杆中图分类号：Ｖ４２３?４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０５⁃０５３７⁃０７ＤｅｓｉｇｎｏｆＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＳｐａｃｅＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄｏｎＴｅｌｅｓｃｏｐｉｃＭｅｃｈａｎｉｓｍＷＡＮＧＫａｎｇ，ＬＩＡＮＧＣｈａｎｇｃｈｕｎ，ＬＩＮＹｕｎｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＹａｏｂｉｎｇ（ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｐａｃｅＲｏｂｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＡｐｐ

3、ｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｏｌｆｏｒｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｅｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔ．Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｌａｕｎｃｈｐｈａｓｅｔｈｅｓｍａｌｌｅｒｅｎｖｅｌｏｐｅｉｓｏｆｔｅｎｒｅｑｕｉｒｅｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｂｉｇｇｅｒｒａｎｇｅｆｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｎｅｅｄｅｄｉｎｔｈｅｓｔａｇｅｏｆｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｔｔｈｅｓａ

4、ｍｅ，ｔｉｍｅｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｅａｌｓｏｉｍｐｏｓｅｓｈｉｇｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｎａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｏａｓｉｎｇｌｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｍｅｅｔｔｈｅａｂｏｖｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒａｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎｔｅｌｅ⁃ｓｃｏｐｉｃｒｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓｉｎｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｃｏｎｔｒａｃ

5、ｔｉｏｎ，ｉｔｓｌａｕｎｃｈｅｎｖｅｌｏｐｅｉｓｓｍａｌｌａｎｄｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｉｓｈｉｇｈ．Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓｃｈａｎｇｅｄｔｏｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄｓｔａｔｅ，ｉｔｓｏｐｒａｔｉｏｎｒａｎｇｅｃｏｕｌｄｂｅｅｘｐａｎｄｅｄｖｅｒｙｌａｒｇｅ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｓｕｃｈａｓｖａｒｉ⁃ａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｎ⁃ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｅ；ｓｐａｃｅｍ

6、ａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ；ｔｅｌｅｓｃｏｐｉｃｒｏｄ全性方面都具有很重要的意义。１引言在过去十几年中，对空间机器人的研究多数随着航天事业的迅速发展和对太空探索的不限于使用旋转关节和固定长度连杆来模仿人类的断深入，需要空间机器人参与的空间任务会越来手臂运动，根据不同的任务需求，设计不同长度的［２］越多，如空间站的建造维护、空间设备的维修、科机械臂。一旦机械臂设计研制完成，它所具有学实验载荷的照料、行星表面探测等。由于太空的工作空间与能力也已定型。“设计定型即任务环境的限制，这些任务不能全靠航天员来完成，而定型”的瓶颈使得空间机械臂的

7、在轨任务无法得空间机器人具有适应微重力、高温差、高辐射的太到有效拓展，从而制约了其应用。此外，针对不同［１］空作业环境的能力，因此采用空间机器人协助应用任务而重复研制空间机械臂无疑也增加了研或代替航天员完成一些太空作业，在高效性和安发成本、时间成本与发射成本，不利于愈发激烈的收稿日期：２０１５⁃０８⁃１７；修回日期：２０１６⁃０８⁃１０基金项目：国家自然科学基金（６１５７３０５８）作者简介：王康（１９８５－），男，硕士，工程师，研究方向为空间机构技术。Ｅ⁃ｍａｉｌ：６８ｗａｎｇｋａｎｇ＠１６３．ｃｏｍ５３８载人航天第２２卷航天市场竞争。目前国际空间站机械臂的

8、臂杆也２）半封闭式货舱货物搬运为固定长度，由加拿大Ｍ