空间站宏微机械臂动力学建模与零反作用控制

为满足空间站宏微机械臂级联在一起运动的任务需求,文章提出一种简化的动力学建模方法。首先利用雅克比矩阵将柔性关节宏机械臂等效为柔性基座,根据柔性基座、刚性微机械臂以及两者之间的耦合作用推导出柔性基座机械臂动力学模型。基于机械臂系统的动力学冗余特性,采用零反作用运动控制法使柔性基座与微机械臂之间运动解耦。文中数学模型的仿真结果与商业软件一致,表明了柔性基座机械臂模型的正确性。另外,将零反作用轨迹跟踪控制法成功应用于该模型,使得微机械臂末端在跟踪期望轨迹的同时完全不会激起基座的弹性变形。

2F2R宏微机械臂动力学建模与弹性振动尺度效应分析

柔性宏刚性微机械臂是一类典型的刚柔混合机械臂系统。采用有限元法,以2F2R宏微机械臂为研究对象,通过分析,详细推导和建立具有普遍意义的动力学模型。基于给定关节空间运动轨迹,对2F2R宏微机械臂的结构参量、截面参量、材质、集中质量分布等与系统弹性振动尺度效应之间关系与变化规律进行分析。在此基础上,针对操作空间运动轨迹,采用宏微空间分解方法,进一步分析上述设计参量与系统弹性振动尺度效应之间关系。通过上述两方面研究工作,获得许多有参考价值的研究成果,这对于该类宏微机械臂的设计与控制都将具有重要意义。

空间宏微机械臂振动抑制最优轨迹规划

针对空间站宏微机械臂分时独立控制的操作方式,将宏机械臂视为柔性基座,建立了柔性宏刚性微机械臂的等效动力学模型,即柔性基座微机械臂动力学模型。此模型揭示了基座弹性振动与微机械臂刚性运动之间的耦合关系,即基座的受迫振动完全由微机械臂运动产生的反作用力引起。在此基础上,为降低微机械臂刚性运动激起的宏机械臂弹性振动,建立了“4-3-4”形式的参数化关节轨迹模型,采用遗传算法在关节空间对微机械臂的运动轨迹进行了优化,并利用机械臂的冗余特性对其自运动进行了优化。数值仿真表明:轨迹规划和优化自运动项的方法能有效抑制微机械臂在运动过程中对柔性基座激起的弹性振动。

宏微空间机械臂运动控制方法综述

由于单一的机械臂不能满足日益增长的空间任务需求,为了提升机械臂的综合性能如快速响应、高精度和大负载,世界各航天大国开展了宏微机械臂的研制工作。综述了国际空间站和中国空间站上宏微机械臂的发展现状,分别从分时独立控制和协调控制两种操作模式下对宏微机械臂系统的运动控制进行了归纳总结。当宏微机械臂采用分时独立的控制模式时,可将其等效为柔性基座机械臂,并从反作用最优控制、主动阻尼控制和末端轨迹跟踪控制三方面对柔性基座机械臂的控制算法进行了分析研究,为中国空间组合机械臂的在轨操作提供了借鉴意义。最后,对空间宏微机械臂的动力学建模和运动控制进行了展望。

基于凸轮曲线理论的2F2R宏微机械臂振动特性分析

以2F2R宏微机械臂为研究对象,采用有限元法建立其动力学模型。基于凸轮曲线理论,详细推导出等加速、5次多项式、变形梯形、摆线、合成正弦、变形正弦等多种运动曲线方程。在上述两方面工作基础上,研究分析了不同运动曲线对2F2R宏微机械臂末端弹性振动的影响及规律,这对该类宏微机械臂的运动轨迹规划具有很好的参考价值。