空间转位机械臂转动惯量的地面仿真研究

针对空间转位机械臂在太空舱转位对接过程中受到的超大转动惯量,提出了一种全物理的仿真模拟方法。该方法主要是由模拟太空舱的质量块,转位机械臂实物,安装机械臂的基座,使质量块和机械臂连接的中间连接梁,让质量块持续跟随机械臂进行转动的跟随机构以及为整个全物理实验提供微重力环境的气浮机构组成。实验在气浮提供的微重力环境下进行,机械臂在其肩关节和腕关节驱动下进行转动,通过带动中间连接梁从而带动质量块跟随其转动,这就模拟出机械臂在太空转位时所受转动惯量。为了验证全物理方法的有效性对该方法建立了模型,并对模型进行动力学建模,获得各个关节处所受的力,进一步通过这些数据对模型进行受力分析,结果表明全物理实验方法具有可行性同时机械臂也满足设计要求。

空间站舱体转动惯量地面仿真研究

机械臂带动舱体的转位对接是空间站建设的核心步骤,因舱体的质量和体积较大在转动过程中会产生不小于3.2×10^5 kg·m^2转动惯量.在地面模拟出如此大的转动惯量,并利用此惯量对舱体进行转位对接实验是空间站建设的关键.对比国内外转动惯量地面模拟加载方法,提出一种基于气浮的全物理的实验方法,并创建三维模型;利用拉格朗日功能平衡法(Lagrange equation)对其进行动力学数学建模,计算结果表明该方法能够模拟所需转动惯量,并通过ADAMS仿真验证,两者对机械臂肩关节和腕关节的数值误差分别为4.40%和5.59%.综合结果表明全物理地面模拟加载方法能够计算出地面模拟舱体转位时所产生的转动惯量.

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。

基于等效惯量模拟的空间站转位机械臂承载性能测试

由于地面模拟真实舱体大惯量负载较为困难,且实现体积庞大,本文提出了一种基于等效惯量模拟的空间站转位机械臂承载性能测试方法,设计了一种基于气浮增速机构的惯量模拟器,并根据等效动力学原理建立了惯量模拟器等效负载数学模型,减小了负载惯量,降低了其空间微重力运动环境模拟难度,实现了空间机械臂承载性能的有效测试.最后通过仿真计算验证了测试方法与空间转位过程的一致性.仿真结果表明,腕关节和肩关节输出力矩与空间转位时输出力矩最大误差分别为4.61%和1.33%,腕关节和肩关节的惯量模拟误差分别小于4.52%和1.03%,证明该方法可有效地对转位机械臂进行承载性能测试.