考虑重力效应与间隙的空间机械臂动态特性研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目考虑重力效应与间隙的空间机械臂动态特性研究作者姓名常永辉学位类别工学硕士指导教师王加春教授2016年5月中图分类号：TP242.6学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文考虑重力效应与间隙的空间机械臂动态特性研究硕士研究生：常永辉导师：王加春教授申请学位：工学硕士学科专业：机械制造及其自动化所在单位：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalDesignandTheoryRESEARCHONDYN

2、AMICCHARACTERISTICSFORSPACEROBOTSYSTEMWITHGRAVITYEFFECTANDCLEARANCECONSIDERATIONbyChangYonghuiSupervisor:Prof.WangJiachunYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《考虑重力效应与间隙的空间机械臂动态特性研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文

3、的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要空间机械臂在航天工程中的应用越来越广泛，随着所执行任务难度的增加，对空间机械臂的运动精度提出更高的要求。由于空间机械臂在地面研制和调试，在太空工作，重力环境的改变直接影响空间机械臂的动态特性，在地面上装调好的机械臂能否在太空中正常运行已经成为研究人员关注的热点。以往的研究中，学者们通过在地面建立微重力环境来模拟微重力下空间机械臂的运动并获取空间机械臂的动态特性参数，由于地面重力场的干扰，模拟微重力环境所获取的空间机械

4、臂动态特性参数并不能完全反映真实微重力情况下空间机械臂的动态特性。本文从重力角度对空间机械臂进行研究，通过分析重力对空间机械臂动态特性的影响，以求对模拟微重力空间机械臂试验给予指导意见，在重力影响空间机构运动行为的物理机制以及空间机械臂动力学建模方面给予建议。在研究重力对空间机械臂动态特性影响方面，本文主要考虑了两个因素，其一，在空间机械臂的地面调试阶段，如果重力场方向与机械臂关节转动的角速度方向夹角改变，该关节的动态特性参数也会发生相应变化；其二，空间机械臂的关节存在间隙，在重力与间隙综合作用下，空间机械臂的动态特性与微重力下含间隙的空间

5、机械臂的动态特性也会不同。基于以上两点，本文以空间机械臂为研究对象，运用现代仿真方法对空间机械臂进行了动力学仿真分析，主要包括以下主要内容：首先，基于Pro/e建立了6自由度空间机械臂三维实体模型，并将虚拟样机导入ADAMS平台，通过ADAMS平台的动力学建模理论并且依据空间机械臂实际质量参数、物理特性以及相对运动情况建立了该空间机械臂的动力学仿真模型。其次，分析了不同重力场取向下无铰间隙空间机械臂的动态特性。对比了在重力方向与机械臂关节角速度方向夹角变化的情况下空间机械臂的动力学参数，总结了重力对空间机械臂动态特性的影响规律。最后，分析了

6、不同重力场取向下含铰间隙的空间机械臂的动态特性。通过对比不同重力取向下与不同间隙值的情况下空间机械臂的动力学参数，总结了重力与运动副间隙综合作用对空间机械臂动态特性的影响规律。为空间机械臂轨迹跟踪的控I燕山大学工学硕士学位论文制以及运动的稳定性提供了指导性意见。关键词：空间机械臂；重力效应；运动副间隙；动态特性；动力学仿真IIAbstractAbstractSpacemanipulatorhasgotmoreandmorewideapplicationinaerospaceengineering.Alongwiththeincreaseof

7、thedifficultyofmission,higherrequirementsarecalledforthemovementprecisionofspacemanipulator.Thespacemanipulatorisoftendevelopedanddebuggingontheground,andworkinginspace,changesofgravitydirectlyaffectthedynamiccharacteristicsofthespacemanipulator,whetherspacemanipulatorthat

8、workswellonthegroundcanoperatenormallyinspacehasbecomeahottopicofresearchers.Inpreviousst