一种空间机械臂末端接触力建模与算法研究-论文.pdf

《一种空间机械臂末端接触力建模与算法研究-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第35卷第8期仪器仪表学报VoI_35No．82014年8月ChineseJournalofScientificInstrumentAug．2014一种空间机械臂末端接触力建模与算法研究赵莹，石为人(重庆大学自动化学院重庆400030)摘要：空间机械臂末端接触力模型建立与计算精度是设计高可靠性高精度空间机械臂力控制系统的关键之一。针对这一问题，基于空间机械臂ORU操作柔顺接触过程特点，建立末端接触力模型。通过设计的圆柱形ORU以及与之合作的锥形0RU引导槽，计算接触半径，法向接触力方向n和最大侵人点P，得到ORU的侵入深度z。运用侵入量z与接触力线性相关计算空间机械

2、臂末端接触力，得到、l，、z方向的力和力矩分量。通过MATLAB—Simulink进行ORU直线和非直线运动过程仿真，并应用6自由度空间机械臂力控制系统进行仿真实验，结果表明末端接触力计算准确有效。关键词：空间机械臂；ORU操作；侵入深度；接触力建模与计算中图分类号：TP15文献标识码：A国家标准学科分类代码：410．99AkindofmodelingandalgorithmbasedonthecontactforceofspacemanipulatorendZhaoYing，ShiWeiren(CollegeofAutomation，ChongqingUniver

3、sity，Chongqing400030，China)Abstract：Modelingandcalculationaccuracyofthecontactforceofspacemanipulatorendisoneofthekeypointstodesignhighreliabil-ityandhighprecisionaccuracyforcecontrolsystemofspacemanipulator．Inthispaper，aimingatthiskeypoint，akindofcontactforcemodelhasbeenproposedthatba

4、sedoncompliantcontactprocessofspacemanipulatorperformingORUoperation．AcylindricalORUandconicalORUguidegroovearedesigned．Accordingtothecontactmodel，contactradiusR，directionofthenormalcontactforcen，maximalinvasionpointPandtheresuhingORUinvasiondepthZarecalculated．Then，usingcontactforceli

5、nearcorrelationwithinva—siondepthZtocalculatethecontactforceofspacemanipulatorend．Thus，theX，YandZcomponentsoftheforceandmomentareob-tained．Furthermore，Matlab—SimulinkcontactforcesimulationanalysiswascarriedoutontheORUlinearandtheORUnonlinearmo—tionprocess．And，using6DOFspacemanipulatorf

6、orcecontrolsimulationsystemtosimulateandexperiment．Thesimulationresultsin-dicatethecalculationofcontactforceiSaccurateandefective．Keywords：spacemanipulator；ORUoperation；invasiondepth；contactforcemodelingandcalculating制是目前的研究热点。本文针对这一问题，提出一种空1引言间机械臂末端接触力计算方法，可增强力控制系统的精准度和稳定性，有效抑制机械臂震动和柔

7、性形变⋯。随着空间技术的飞速发展，空间机械臂作为在轨支由于任务与环境问存在不确定性，在插入力的作用持、服务的一项关键性技术，已经进入太空。空问机械臂下，ORU与ORU引导槽相互作用，就会产生接触力。ORU(orbitalreplacementunit)执行操作时，不同的力学状ORU从开始接触到成功插入ORU引导槽的过程依赖于态决定任务是否能够顺利完成。如何使空间机械臂在接触过程中产生的力，利用接触力可引导ORU运动，判ORU操作过程中具有良好的力学状态，实现精准的力控断运动方向。根据接触过程持续时间的长短可以把接触分为静态接触和动态接触。静态接触的作用时间较收稿