空间机械臂柔性捕获机构建模与实验研究

作     者：李海泉 梁建勋 吴爽 刘茜 张文明 Li Haiquan;Liang Jianxun;Wu Shuang;Liu Qian;Zhang Wenming

作者机构：清华大学航天航空学院北京100084 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京空间飞行器总体设计部北京100094 

基　　金：国家自然科学基金(11902172) 中国博士后基金(2018M641330)资助项目 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2020年第52卷第5期

页      码：1465-1474,I0006页

摘      要：柔性捕获机构是空间机械臂的关键性部件,对空间在轨服务过程中的抓捕操作起着至关重要的作用.捕获机构的原理分析与仿真建模工作对在轨捕获工况预测分析和任务规划有着重要的应用价值.本文以空间机械臂的末端柔性捕获机构为研究对象,建立了柔性捕获机构软捕获过程的动力学仿真模型.考虑了软捕获过程中柔性绳索的空间构型和大变形特性,采用绝对节点坐标方法建立了三维空间柔性绳索单元,并通过引入一圆柱参考坐标系来建立柔性绳索与目标适配器端刚性捕获杆的接触碰撞模型.为满足三维运动工况验证,搭建了纯被动边界条件的悬吊实验,通过对比软捕获过程中被捕获目标的运动信息和受力信息,验证了模型的准确性.实验结果表明该模型能够有效地模拟在轨捕获任务中柔性机构软捕获阶段的动力学行为,可以用于后续与空间机械臂联合仿真任务预测以及作为地面气浮台二维试验的必要补充.此外,针对在轨任务中的舱外状态巡检和漂浮目标捕获两种典型工况,进行了机械臂捕获动力学联合仿真分析,在给定条件下成功完成软捕获阶段的操作.

主 题 词：空间机械臂 在轨服务 捕获机构 接触碰撞 地面验证 

学科分类：08[工学] 0805[工学-能源动力学] 0802[工学-机械学] 0825[工学-环境科学与工程类] 0701[理学-数学类] 0801[工学-力学类] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-20-106

馆 藏 号：203978923...