空間機(jī)器人三維空間目標(biāo)捕獲的地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著空間技術(shù)的飛速發(fā)展,特別是空間站、航天飛機(jī)、空間機(jī)器人的誕生以及成功應(yīng)用,人類(lèi)對(duì)太空探索的活動(dòng)越來(lái)越頻繁?？臻g機(jī)器人作為一種在軌服務(wù)的有效工具,對(duì)太空技術(shù)的發(fā)展有不可磨滅的意義。而目標(biāo)捕獲是空間機(jī)器人完成空間任務(wù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),逐漸成為空間機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)?？臻g機(jī)器人目標(biāo)捕獲的地面驗(yàn)證也就成為整個(gè)空間機(jī)器人系統(tǒng)研究任務(wù)中的重要內(nèi)容。
　　首先,本文探討了空間機(jī)器人多剛體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模的研究現(xiàn)狀,簡(jiǎn)述了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),

2、并針對(duì)本文所研究的自由漂浮空間機(jī)器人,建立了拓?fù)錁?gòu)型、坐標(biāo)系統(tǒng)和矢量關(guān)系。之后,對(duì)空間機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。最后,基于速度變分原理,并結(jié)合其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,給出了空間機(jī)器人多剛體系統(tǒng)虛功率形式的動(dòng)力學(xué)普遍方程。
　　然后,回顧了空間機(jī)器人目標(biāo)捕獲地面驗(yàn)證系統(tǒng)的傳統(tǒng)方案,詳述了他們的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)合本課題所研究的空間機(jī)器人系統(tǒng),本文采用了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)等效和動(dòng)力學(xué)模擬的半物理仿真方案。利用兩臺(tái)工業(yè)機(jī)器人分別模擬空間機(jī)器人末端手抓和自由

3、漂浮目標(biāo),結(jié)合動(dòng)力學(xué)模擬算法、運(yùn)動(dòng)學(xué)等效算法和三維顯示模塊等數(shù)學(xué)模型和空間機(jī)器人手眼相機(jī)、空間目標(biāo)等物理模型,搭建了一套空間機(jī)器人三維空間目標(biāo)捕獲的地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)。
　　之后,對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。首先,利用Matlab機(jī)器人工具箱對(duì)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)算法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,利用Matlab中的Simmechanics模塊對(duì)工業(yè)機(jī)器人的工作空間進(jìn)行了求解和分析。然后,在Simmechanics環(huán)境下,建立了

4、兩種空間機(jī)器人動(dòng)力學(xué)仿真模式,分別對(duì)空間機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模擬算法和關(guān)節(jié)電模擬器算法進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,建立了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的ADAMS模型,并聯(lián)合Matlab控制模塊對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理的正確性和數(shù)學(xué)模型的仿真度。
　　最后,利用本文所建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)空間機(jī)器人三維目標(biāo)捕獲任務(wù)進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)地面驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),包括對(duì)空間三維移動(dòng)目標(biāo)和空間自旋目標(biāo)的捕獲等。系統(tǒng)驗(yàn)證了空間機(jī)器人對(duì)三維目標(biāo)的捕獲能力、捕獲周期和抓捕極限,同時(shí)驗(yàn)