空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析.pdf

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1、第38卷第3期空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析125文章编号：1004-2539(2014)O3一O125一O5空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析丰飞刘伊威刘宏蔡鹤皋(哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨150080)摘要根据空间大型机械臂对漂浮栽荷的捕获要求，研制了一套基于腱一鞘传动的大型空间末端执行器原理样机。小质量／小惯量漂浮栽荷是在轨捕获的难点，因此，基于欧拉方程建立末端执行器对漂浮载荷的捕获模型，开展小栽荷捕获影响因素的研究，从而明确影响漂浮栽荷捕获可靠性的关键参数。并通过Hertz接触模型建立了

2、末端执行器的数值仿真模型，完成了末端执行器对漂浮载荷的捕获数值仿真，从而进一步验证了理论分析的正确性，并为大型机械臂在轨捕获的策略制定提供了依据。关键词空间站大型机械臂末端执行器漂浮载荷捕获仿真CaptureSimulationofFree-floatingTargetofLargeSpaceEnd-effectorFengFeiLiuYiweiLiuHongCaiHegao(StateKeyLaboratoryofRoboticsandSystem，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150080，Chi

3、na)AbstractAccordingtotherequirementofthecapturemanipulationoffree‘——floatingtargetoflargespacemanipulator。anend—effectorprototypebasedontendon-sheathtransmissionsystemisdeveloped．Thecaptureoftargetwithsmallmassandinertiaisdifficultforspacemanipulatoronorbit．Therefore，the

4、geometrymodelandmathematicalmodelofthecaptureforfree—floatingtargetarebuiltbasedontheNewton-Eulerequations．Theparameterswhichplayimportantroleinthecapturemanipulationoffree—floatingtargetareobtainedthroughtheanalysis．Themathematicalsimulationmodelofthecapturemanipulationi

5、spresentedbyHertzcontactmodel。andthesimulationsoffree—floatingtargetcaptureareimplementedtoverifythetheoryanalysis．Thesimulationsarevitaltotheimplementationofcapturestrategyforlargespacemanipulator．KeywordsLarge-scalespacestationmanipulatorEnd-effectorFree-floatingtargetC

6、ap—tt／resim1alation以独立实现对漂浮载荷的捕获。另外一类是由欧洲0引言航天局为国际空间站上的欧洲机械臂(ERA)研制的空间大型机械臂主要用于空间站等大型空间机末端执行器，该末端执行器需要机械臂的参与才能实构的组装、日常维护和照料等操作。末端执行器作为现对载荷的捕获，不具备对漂浮载荷实施捕获的能大型机械臂的核心部件，其性能对大型机械臂的整体力[5]。因此，为了拓张ERA机械臂的性能，欧洲航天性能影响较大。目前，投入实际应用的大型空间机械局对其末端执行器进行了升级，升级之后的末端执行臂末端执行器主要有两大类。第一类是加拿大为

7、空器与SRMS的末端执行器性能参数基本一致[6]。间站大型机械臂(SSRMS)研制的末端执行器以及为上述末端执行都已经在轨进行了实际应用，但对上述航天飞机机械臂(SRMS)研制的末端执行器，这两种末端执行器捕获操作进行详细研究的文献依然很少，末端执行器具有相同的捕获原理[1-2]。其中，SSRMS仅有日本航天局的Hirotaka等人，建立了SRMS机的末端执行器是SRMS末端执行器的升级版本[3]。械臂末端执行器的地面试验平台，从而研究末端执行加拿大研制的大型机械臂末端执行器具有较强的容器捕获操作[8]。因此，我们将通过数值仿真的方式对差

8、和软捕获性能，对机械臂系统的依赖程度较低，可末端执行器的捕获进行详细的研究，从而确定载荷参第38卷第3期空间大型末端执行器漂浮载荷捕获仿真分析127决于目标接口在载荷上的安装位置。本文中，目标