机械臂多力场耦合仿真研究

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1、机械臂多力场耦合仿真研究沈晓鹏2015年6月中图分类号：TQ241.3UDC分类号：621机械臂多力场耦合仿真研究作者姓名沈晓鹏学院名称宇航学院指导教师宋晓东副教授答辩委员会主席焦让教授申请学位工程硕士学科专业航天工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月ResearchonSimulationofSpaceManipulatorunderCompoundForce-fieldCandidateName:ShenXiaopengSchoolorDepartment:DepartmentofAerospaceE

2、ngineeringFacultyMentor:AssociateProf.SongXiaodongChair,ThesisCommittee:Prof.JiaoRangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:AerospaceEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:June.2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中

3、除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要随着空间技术的发展，空间机械臂的应用越来越广泛，空间机械臂在空间活动中发挥着不可替代的作用，可以代替航天员完成安装装配、设备维修、设备回收等任务。空间机械臂在发射进入太空实际应用之前，需要在地面完成大量验证实验，因此，需要搭建地面微重力模拟实

4、验系统对空间机械臂进行测试。本文以月球车采样器机械臂为研究对象，研究机械臂在地面模拟实验系统复合力场环境下的力学特性，为建立评价地面微重力模拟实验准确性的系统化方法奠定基础。总结国内外机械臂研究发展现状，确定采样器机械臂地面微重力模拟实验方法。提出基于平衡梁结构的机械臂地面微重力实验系统。基于机器人D-H法对机械臂模型建立数学模型，求解机械臂的运动学方程，对悬吊点的进行了运动分析，确定微重力实验系统方案可行。基于拉格朗日方法对机械臂进行动力学建模，求解机械臂在重力场、空间零重力环境以及复合力场下的动力学方程，运用MATL

5、AB软件计算求解机械臂各关节作用力矩情况。建立MATLAB与ADAMS联合仿真系统，运用SolidWorks软件建立机械臂的简化模型，导入ADAMS软件中建立机械臂机械系统部分。通过ADAMS/Control插件将机械系统导入MATLAB/Simulink中，实现控制系统与机械系统交互式仿真。分别在重力场环境、空间零重力环境以及复合力场环境下进行机械臂动力学仿真，对比仿真结果与数学模型计算结果，分析该微重力模拟实验系统所建立的复合力场对机械臂动力学特性的影响。关键词：空间机械臂运动学动力学耦合力场仿真研究I北京理工大学硕

6、士学位论文AbstractWiththedevelopmentofspacetechnology,thespacemanipulatoriswidelyusedinspace.Themanipulatorplaysanirreplaceableroleinspaceactivities,canalsocompleteinstallation,maintenance,recyclingandothertasksinsteadoftheastronauts.Beforelaunchingintospacetopractica

7、lwork,themanipulatorneedstofinishalargeofnumberofexperimentsontheground.Therefore,weneedtosetupthegroundmicrogravitysimulationexperimentsystemforspacemanipulatortesting.Inthisarticle,westudyonthelunarrovermanipulatortofindingoutthemanipulator’smechanicalpropertie

8、sinthegroundsimulationexperimentalsystemwiththecompoundforcefieldenvironmentandestablishingasystematicmethodofevaluatinggroundmicrogravitysimulationaccuracy.Su