太空机械臂振动形态三维重构算法及可视化分析

以太空柔性伸展机械臂为仿真模型,利用光纤光栅材料的空分复用和波分复用技术,通过精确检测结构正交多点的曲率信息,实现空间结构振动形态实时感知的仿真分析;通过将运动坐标系和曲率矢量、密切平面结合,分析曲率信息插值方法、空间曲线三维拟合方法及其重构算法;结合计算机图形处理技术开发仿真试验环境,实现多关节空间曲杆柔性仿真结构振动形态的三维拟合和可视化显示。仿真结果表明,所采取的曲率检测方法及其振动形态三维拟合重构算法,比较精确反映了细长伸展结构的低模态振动形态,为进一步工程实现提供了较好的方法分析和实现思路基础。

基于等效质量的太空机械臂多体系统碰撞分析

从等效质量角度出发,针对不同的操作环境,提出多体系统离散碰撞动力学建模及连续碰撞动力学建模方法,并分析碰撞对系统造成的影响。首先,由系统动力学方程及能量方程推导出太空机械臂末端等效质量,在此基础上,针对刚/柔环境,分别建立多体系统离散碰撞动力学模型和连续碰撞动力学模型,并针对七种连续碰撞模型提出选取标准,以便更真实地模拟实际碰撞过程。最后,以典型的太空七自由度机械臂为例开展仿真试验,两种方法的对比结果校验了该算法的正确性。

用于科普展品的太空机械臂模拟系统开发

开发了一种太空机械臂模拟系统,它形象地模拟了宇航员通过太空机械臂维修太空舱上故障点的整个过程.根据太空机械臂的机构特点和寻找故障点方式,分别设计了一种3自由度的机械系统和控制系统.经过试验,整个系统运行平稳且安全,模拟效果良好.

基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划

为了使太空机械臂在关节锁定故障后仍能继续完成后续任务,提出一种基于位姿可达空间的太空机械臂容错路径规划方法。基于牛顿-拉夫逊法计算太空机械臂关节人为限位,完成满足任务需求的退化工作空间求解,通过构造姿态可达度指标,在退化工作空间的基础上建立故障机械臂基坐标系下的位姿可达空间。通过在代价函数中增加最小奇异值代价项改进传统A*算法,基于改进A*算法在所建立的位姿可达空间内完成太空机械臂容错路径规划。所提方法综合了位姿可达空间与改进A*算法各自的优势,实现了关节锁定故障太空机械臂同时满足避奇异与位姿可达要求的轨迹搜索。通过建立7自由度太空机械臂运动学模型开展数值仿真研究,仿真结果验证了所提容错路径规划方法的有效性。

太空转位机械臂刚性特征研究

提出了一种全物理的实验方法,实验时太空机械臂在其关节处电机的驱动下转动,气浮机构提供微重力环境,而模拟实验舱的质量块在中间连接梁的带领下跟随太空转位机械臂进行运动,从而模拟机械臂的转动惯量。通过对全物理模型进行动力学建模,得到各个关节处所受的力和力矩,并对机械臂进行结构分析,变形为0. 13 mm,即空间转位机械臂的刚性满足设计要求,能够承受太空转位时的力和转动惯量。

伸向太空的巨臂

无论是航天飞机还是空间站,都少不了一样东西,那就是它们能伸向太空的巨臂--太空机械臂.