圈套式空间抓取装置抓取策略及动力学研究.pdf

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1、机械设计与制造第1期104MachineryDesign&Manufacture2013年1月圈套式空间抓取装置抓取策略及动力学研究李龙，邓宗全，李兵：，吴湘(1．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学深圳研究生院，深圳518055)摘要：圈套式空间抓取装置采用钢丝绳作为执行元件对目标实施柔性捕获，具有容差大、冲击低、连接刚性高的优点，适合作为大型空间机械臂的末端执行器，用来对高质量、大体积的空间大型目标进行抓取操作。对圈套式空间抓取装置进行研究，给出了圈套式空间抓取装置的结构特点、抓取原理以及“

2、柔性捕获一刚性连接”的抓取策略；对捕获阶段的动力学过程进行分析，利用牛顿一欧拉混合坐标法建立了数学模型，数值仿真试验结果证明动力学过程推导合理，模型建立正确。关键词：空间抓取；圈套式空间抓取装置；抓取策略；动力学模型中圈分类号：TH16；V423．7文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)01—0104—03ResearchonGrappleStrategyandDynamicModelofSnareSpaceGrappleDeviceLILong1,DENGZhong-quanI,LIBing2,WUXiang(1

3、．SchoolofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology，HeilongjiangHarbin150001，China；2．ShenzhenGraduateSchool，HarbinInstituteofTechnology，GuangdongShenzhen518055，China)Abstract：Snarespacegrappledevice，usingcablesCl8actuatortocapturetargetsflexibly，hasadvantages

4、oflargetolerance，lowimpact，highconnectionrigidity．anditissuitabletobeused础theendeffectoroflargespacemanipulatortograpplelargespacetarsetswithhighmassandsize．Basedontheresearchof8harespacegrappledevice，theaturesofstructure，principalofgrapple，andthestrategyof‘scapture心c

5、onnection’ateputforward；Thecaptureprocessisanalyzedandthegy,~,nicmodelispe~tmedbyNewton-Eulerandhybridcoordinatemethods，anditsvalidityandrationdityareverifiedbynumericalsimulationresults．KeyWordstSpaceGrapple；SnareSpaceGrappleDevice；GrappleStrategy；DynamicModel1引言用内、外

6、筒结构，圈套式柔性捕获机构主要由三根钢丝绳构成，用于实现大容差、低冲击的柔性捕获；内筒由滚珠丝杠驱动可沿外大型空间机械臂是空间站的重要组成部分，用于执行舱段筒轴向运动，对抓取目标进行拖动；导向键槽和对位齿用于消除抓取，停泊，转移，装配以及舱外平台设备维护与维修任务、舱外周向位置偏差，保证抓取后装置与抓取目标相对位置准确；锁紧状态监视与检查等空间站建设与维护任务。其末端执行器用于机构完成刚性连接。抓取、操作大型空间目标，设计工作一直面临两大难点：(I)机械臂末端对于抓取目标的位置精度要求高，增JJ,T整个机械臂系统在抓取目标上安装有

7、与抓取装置匹配的抓持器，其结构原理图，如图1(b)所示。捕获轴用于被钢丝绳组成的捕获机构捕的控制难度；(2)由于目标一般为大型航天器，抓取过程中产生冲获，轴顶点可被钢丝绳牵引；导向键、对位齿以及锁紧机构接口与击较大，不利于机械臂的在轨寿命。抓取装置上的相应结构匹配。圈套式空间抓取装置具有大容差、低冲击、连接刚性高的优点，适合作为大型空间机械臂的末端执行器，在SSMRS、JEMRMS大型空间机械臂的抓取目标通常为大型舱段，对位精度要等大型空间机械臂上都有成功的应用醐。给出了圈套式空间抓取装求高，产生冲击大；机械臂在成功实施抓取后还要

8、对目标进行转移、装配等操作，要求抓取装置与目标间完成固定位姿的高刚性置的抓取原理，研究了圈套式抓取装置的抓取策略，并对其柔性捕连接。为满足大型空间机械臂以上抓取特点，采用“柔性捕获一刚获过程进行了动力学建模和仿真。圈套式空间抓取装置的研究对我国载人