索驱动机构在航天工程领域的应用综述

索驱动机构相比于刚性机构有着工作空间大、较高的载荷质量比、易于重新布置等诸多优势,近年来成为机器人学研究的一个热点,其在天文观测、物流搬运、康复医疗和航天工程等诸多领域得到了广泛的应用。该文将集中介绍索驱动机构在航天工程领域的各类应用,从针对航天器的应用和针对宇航员的应用两方面进行详细的介绍。最后,给出了索驱动机构未来在航天工程领域应用的展望。

FAST工程索驱动机构方案研究

简要介绍了FAST工程索驱动机构的设计要求,并针对设计要求提出多种设计方案,对多种方案进行论证,得出最优方案。

基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间。从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响。建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数。与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间。

3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。

柔索驱动并联加工机构的力学建模与分析

针对柔索驱动并联加工机构,着重分析了该系统的固有频率及动力学响应特性。构建了系统瞬态时在切削力作用下的振动模型,解算出系统的固有频率;研究了系统的切削力模型和该力作用下的系统响应问题,基于龙格库塔法对系统的受迫振动模型进行数值求解.最后通过数值算例验证了该算法的可行性,并通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)将时域响应转变为频域解,分析了动平台质量和重心位置参数对系统稳定性的影响。

基于ADAMS的并联柔索驱动系统动力学仿真研究

柔索驱动机构是因其能耗低、惯性小、响应速度快等优点而广泛应用于大范围空间作业中。传统的并联机构大多采用刚性连杆,工作空间受限,惯性力难平衡,易产生动载荷。为了增加工作空间,提高运行效率,文章提出了基于驱动柔索牵引的欠约束并联柔索驱动系统的合理结构,并在ADAMS软件中实现了其动力学仿真。通过在ADAMS软件中建立该机构的动力学模型,对比了不同运行轨迹下,末端执行器的位移、速度、加速度变化以及各根柔索的张力变化,完成了动力学分析。通过对并联柔索驱动系统进行结构设计与动力学仿真,可以直观反映出系统参数对其动力学特征产生的影响,以便对相应元件的参数进行修改,使机构完成预定的工作运动。

求解柔索驱动并联机构最大任务空间的区间分析法

并联机构的工作空间一般具有不规则的几何边界。然而在应用中,操作任务通常要求工作空间具有规则的几何形状,同时还必须满足任务给定的力/力矩输出要求,称这样的工作空间为任务空间。以柔索驱动并联机构为对象,研究最大任务空间的求解问题。基于区间分析理论,提出解决此问题的一种新方法,并以平面3自由度柔索驱动并联机构为例,针对最大正方形任务空间的求解问题,给出该方法的数值计算实例。进一步分析此最大正方形任务空间的边长与动平台姿态角,以及与输出力/力矩之间的关系,发现随动平台姿态角或输出力/力矩增大,最大正方形任务空间的边长近似线性下降。

四索驱动并联机构的模态实验

基于最小均方误差(LMS)测试分析系统对索驱动并联机构(WDPM)进行模态实验分析。测量索的振动位移,通过快速傅里叶变换(FFT)获得索的基频,从而标定出索的张力值,进而构建出平面四索驱动并联机构的有限元模型。基于LMS系统确定该机构的模态测试方案,建立与实际模型相符的几何模型并进行动态测试。模态测试结果显示,有限元模型分析误差低于10%,因此,四索WDPM的有限元模型是合理的,进而为系统的结构优化和振动控制奠定了基础。

基于DSP的柔索驱动并联机构控制系统

针对某被动防护系统对平台姿态的控制要求,设计了一种新型的柔性绳索并联机构,并为该机构设计一款控制系统。建立基准坐标系和动平台固连坐标系,在上述坐标系下分别用球坐标角和欧拉角表示动平台的姿态,并给出2种姿态表示的转换关系。分析该机构的运动反解模型,建立关于索长的PID控制模型。通过电机转动角度改变绳索的长度。根据建立的模型与控制要求设计控制系统的软件和基于DSP的硬件。实验和仿真验证结果表明:该控制系统各个模块工作稳定、高效,控制模型正确、有效,达到控制要求,实现了预期的功能。

平面四索驱动并联机构的零点标定方法

针对一种2自由度的平面四索驱动并联机构的零点标定问题,提出了一种基于非线性最小二乘法的标定数据处理方法。首先,由运动学逆解模型建立四索驱动并联机构的零点误差模型,然后通过最小二乘法对标定数据进行处理,并给出了具体应用实例。实验结果表明,该方法收敛速度快,在误差允许的范围内能够高精度地辨识出动平台的零点位置,进而为系统的实际控制和软件回零奠定了基础。