本文關(guān)鍵詞：考慮諧波傳動(dòng)滯后的柔性空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)精度，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第49卷第23期

2013年12月 機(jī) 械 工 程 學(xué) 報(bào) JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.49 No.23 Dec. 2013

DOI：10.3901/JME.2013.23.074

考慮諧波傳動(dòng)滯后的柔性空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)精度

谷勇霞1 趙杰亮2 閻紹澤2 吳嘉寧2

(1. 北京工商大學(xué)材料與機(jī)械工程學(xué)院 北京 100048；

2. 清華大學(xué)機(jī)械工程系 北京 100084)

*

摘要：空間機(jī)械臂是完成釋放、回收衛(wèi)星以及空間站在軌裝配、維修等多種任務(wù)的航天器重要維護(hù)工具，，其末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)軌跡的精度優(yōu)劣直接關(guān)系到航天工作任務(wù)的成敗�，F(xiàn)有空間機(jī)械臂多采用諧波傳動(dòng)作為減速機(jī)構(gòu)，該減速機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)滯后效應(yīng)。結(jié)合諧波減速器傳動(dòng)滯后模型，基于Rayleigh-Ritz 法給出考慮臂桿柔性與諧波傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)滯后的動(dòng)力學(xué)方程。提出描述輸出誤差的精度指標(biāo)，研究臂桿剛度與滯后相位角對(duì)輸出精度特性的影響，得到了對(duì)空間機(jī)械臂工程設(shè)計(jì)有一定參考意義的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：柔性空間機(jī)械臂 諧波傳動(dòng) 運(yùn)動(dòng)滯后 輸出精度

中圖分類號(hào)：TH113

Kinematic Accuracy of the Flexible Space Manipulator with

Harmonic Drive

GU Yongxia1 ZHAO Jieliang2 YAN Shaoze2 WU Jianing2

(1. School of Material and Mechanical Engineering, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048;

2. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084)

Abstract：Space manipulator is an important tool of spacecraft to complete a variety of tasks, such as release and retracting of satellite, assembly and maintenance of space station in orbit. The trajectory precision of the end effector determines whether the mechanism performs normally or not. Nowadays the harmonic drive is widely used as the reducer in the space manipulator, which may lead to the kinematic hysteresis for application. The hysteresis of harmonic reducer is analyzed, and the dynamics equations with hysteretic characteristic for flexible space manipulator is shown based on Rayleigh-Ritz method. In order to describe the output error, the precision indices are proposed. The relation among the hysteresis angle, rigidity and the output accuracy is revealed. The results can be used in designing and optimizing the key dynamic parameters future space manipulators.

Key words：Flexible space manipulator Harmonic drive Motion hysteresis Output accuracy

0 前言

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，加拿大、俄羅斯、德國、

日本等國都相繼掌握了空間機(jī)械臂技術(shù)，并已經(jīng)應(yīng)

用于衛(wèi)星、航天飛機(jī)以及國際空間站等諸多航天

[1-6]器。最具代表性的空間機(jī)械臂為加拿大和NASA

聯(lián)合研制的國際空間站美國艙段(圖1)上的機(jī)械臂

Canadarm 2。該機(jī)械臂的專用靈巧操作臂由兩個(gè)柔

性臂和一個(gè)基座組成，臂桿總長(zhǎng)為17.6 m。機(jī)械臂

[7]質(zhì)量約1 800 kg，負(fù)載能力可達(dá)116 000 kg。圖1

* 國家自然科學(xué)基金(11272171)和高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金

(20120002110070)資助項(xiàng)目。20130312收到初稿，20130924收到修改稿 為Canadarm 2輔助航天員進(jìn)行艙外活動(dòng)的照片。 圖1 國際空間站美國艙段上的機(jī)械臂Canadarm 2 現(xiàn)有空間機(jī)械臂鉸關(guān)節(jié)一般采用諧波傳動(dòng)作

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