绳簇主被动混合驱动空间机械臂设计及其力-位-型融合控制

作     者：梁斌 黄学祥 刘天亮 徐文福 袁晗 闫磊 王学谦 LIANG Bin;HUANG XueXiang;LIU TianLiang;XU WenFu;YUAN Han;YAN Lei;WANG XueQian

作者机构：启元实验室北京100084 北京跟踪与通信技术研究所北京100010 哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院深圳518055 清华大学深圳国际研究生院深圳518055 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:62173114 62203140 92248304)资助项目 

出 版 物：《中国科学：技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2024年第54卷第12期

页      码：2319-2336页

摘      要：针对在轨狭小/受限空间操作的需求,本文提出了一种绳簇主被动混合驱动空间机械臂及其力-位-型融合控制方法.首先,介绍了臂段主动驱动与段内被动联动相结合的混合驱动原理,设计了一种绳簇驱动空间机械臂系统,分析了“绳长-拉力”匹配特性及机械臂冗余运动特性;其次,将漂浮基非完整冗余性、机械臂运动冗余性和绳簇驱动机构变刚度特性统一表征为型空间,基于此建立系统的位-型复合运动学及静力学模型;进而,提出了绳簇主被动混合驱动空间机械臂的力-位-型融合控制方法,包括广义任务空间多目标协同控制、臂段分解运动控制和驱动组绳长-拉力混合控制三部分,将绳长单向过约束与拉力分配无穷性结合起来,实现机械臂末端操作力、位姿及系统型参数按期望目标变化的同时,避免绳索松弛或断裂.最后,研制了空间机械臂样机,开展了基于气浮台的平面多障碍回避、狭缝穿越以及基于吊丝系统的空间狭缝穿越实验,结果验证了机械臂灵巧操作性能及所提方法的有效性.

主 题 词：在轨操控 空间机械臂 绳簇主被动混合驱动 超冗余机械臂 力-位-型融合控制 

学科分类：080202[080202] 08[工学] 0804[工学-材料学] 0835[0835] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.1360/SST-2024-0139

馆 藏 号：203156041...