计及关节及杆柔性的空间机械臂抓取控制

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1、、第43卷第2期2011年4月南京航空航天大学学报V01．43JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsApr．No．22011计及关节及杆柔性的空间机械臂抓取控制张元1赵志刚2李娜2魏承(1．哈尔滨理工大学机械动力工程学院，哈尔滨，150080；2．哈尔滨工业大学航天学院，哈尔滨，150001)摘要：针对考虑关节及杆柔性的空闻机械臂动力学与抓取控制问题，以三连杆柔性机械臂为研究对象，考虑臂杆的横向弯曲变形、纵向拉伸变形及由于横向变形引起的轴向收缩的二阶耦合量等，并通过引用转子扭簧模型来考虑柔，陛关节的影响，应用Lagra

2、nge方程和假设模态法建立动力学模型。引入“动态抓取域”来描述机械臂的抓取过程，采用关节主动阻尼控制来抑制抓取过程中的碰撞激振力，分析了匀速抓取和加速抓取两种策略的机械臂柔性关节的变形特性。仿真结果表明：关节柔性减小了整体碰撞力，在碰撞过程中起到一定的缓冲作用；加速抓取控制下比匀速抓取控制下的关节变形小，前者整体优于后者。关键词：空间机械臂；动力学模型；柔性关节；柔性杆；抓取控制中圈分类号：V476．5文献标识码：A文章编号：1005—2615(2011)02—0210—06SpaceManipulatorGraspingControlwithFlexibleLinkandFlexi

3、bleJointZhangYuanl，ZhaoZhigan92，LiNa2，WeiChen92(1．SchoolofMechanical＆PowerEngineering，HarbinUniversityofScienceandTechnology，Harbin，150080，China；2．SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，Harbin，150001，China)Abstract：Tosolvetheproblemofdynamicsandgraspingcontrolonmanipulatorwithflexible

4、linkandflexiblejoint，theplanarrotatingmotionofathree—linkflexiblemanipulatoristakenastarget，withthefulIconsiderationoftransversebendingdeformation，longitudinaltensiledeformationandtwo—ordercouplingtermofaxialshrinkageinducedbylateraldeformation．Therotortorsion—springmodelisintro—ducedtoanalyzet

5、heinfluencecausedbyflexiblejoints．ThedynamicsmodelofflexiblemanipulatorisestablishedbyapplyingtheLagrangemethodandtheassumedmodemethod．Theconceptofdynamicgraspingareaisappliedtodescribethegraspingprocess．Theactivedampingcontrolisusedtosuppressthecollisionexcitation．Thedeformationcharacteristics

6、offlexiblejointsinuniformandacceleratinggraspingareanalyzed．Simulationresultsindicatethatthetotalimpulseofimpactforcecanbereducedsignificantlybyflexiblejoints．Thedeformationsofflexiblejointsinacceleratinggraspingaresmallerthanthatinuniformgrasping．Furthermore，acceleratinggraspingisbetterthanuni

7、formgrasping．Keywords：spacemanipulators；dynamicsmodel；flexiblejoint；flexiblelink；graspingcontrol空间机械臂可以完成辅助对接、搬运、在轨建设、摄像和对卫星等空间目标的捕获释放等任务，还可以利用它作为航天员出舱活动的辅助设备Ⅲ。在机械臂末端控制精度要求较高的情况下，关节处非线性影响不可忽略。此外，机械臂完成对目标的捕获操作时，末端引起的冲击可能造成机械臂及目标的损坏