隨著空間站在軌服務(wù)、深空探測(cè)等空間技術(shù)的迅速發(fā)展,越來越多的空間任務(wù)需要人類參與,空間機(jī)械臂的誕生在一定程度上緩解了太空宇航員的任務(wù)量。但空間機(jī)械臂系統(tǒng)缺乏力/力矩感知能力,其應(yīng)用范圍會(huì)受到限制,因此需要在機(jī)械臂關(guān)節(jié)處加裝力/力矩傳感器,實(shí)時(shí)獲取相關(guān)力/力矩信息,幫助機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)力反饋控制�？臻g機(jī)械臂由航天器搭載從地面發(fā)射進(jìn)入太空的過程中需承受眾多惡劣的外部環(huán)境,如強(qiáng)振動(dòng)、高沖擊、強(qiáng)輻射和真空高低溫等環(huán)境,常規(guī)的力/力矩傳感器不適合在此種環(huán)境下應(yīng)用。針對(duì)上述背景,本文開展了力/力矩傳感器的振動(dòng)、過載保護(hù)、容錯(cuò)以及溫度漂移補(bǔ)償方法的研究,具體內(nèi)容如下:(1)針對(duì)航天器力學(xué)環(huán)境下空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)力/力矩傳感器的振動(dòng)響應(yīng)問題,首先分析空間機(jī)械臂振動(dòng)環(huán)境的特點(diǎn),采用動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)法,將裝有六維力傳感器的空間機(jī)械臂部分結(jié)構(gòu)作為一個(gè)子結(jié)構(gòu),建立了一個(gè)六維力傳感器振動(dòng)力學(xué)模型;然后根據(jù)實(shí)際振動(dòng)試驗(yàn)參數(shù),通過數(shù)值仿真的方法對(duì)傳感器彈性體進(jìn)行了模態(tài)、隨機(jī)振動(dòng)和正弦振動(dòng)分析,得到了傳感器結(jié)構(gòu)的固有特性及在航天器力學(xué)環(huán)境下的振動(dòng)響應(yīng)規(guī)律,為傳感器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和過載保護(hù)提供了依據(jù);(2)針對(duì)航天器力學(xué)環(huán)境下空間機(jī)械...

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 六維力傳感器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國外空間機(jī)械臂配備的六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.3 國內(nèi)六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
        1.2.4 國內(nèi)空間六維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀
    1.3 力/力矩傳感器關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 力/力矩傳感器結(jié)構(gòu)靜力學(xué)解析研究現(xiàn)狀
        1.3.2 力/力矩傳感器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀
        1.3.3 力/力矩傳感器過載保護(hù)研究現(xiàn)狀
        1.3.4 力/力矩傳感器冗余測(cè)量研究現(xiàn)狀
        1.3.5 力/力矩傳感器溫度補(bǔ)償研究現(xiàn)狀
    1.4 主要研究?jī)?nèi)容
第2章 航天器力學(xué)環(huán)境下六維力傳感器結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究
    2.0 引言
    2.1 振動(dòng)試驗(yàn)分析與傳感器結(jié)構(gòu)
        2.1.1 振動(dòng)試驗(yàn)分析
        2.1.2 六維力傳感器結(jié)構(gòu)
    2.2 振動(dòng)分析理論
        2.2.1 隨機(jī)振動(dòng)分析理論
        2.2.2 正弦振動(dòng)分析理論
    2.3 有限元振動(dòng)模型及條件
        2.3.1 有限元振動(dòng)模型
        2.3.2 隨機(jī)振動(dòng)條件
        2.3.3 正弦振動(dòng)條件
    2.4 六維力傳感器動(dòng)力學(xué)仿真分析
        2.4.1 六維力傳感器固有特性分析
        2.4.2 六維力傳感器隨機(jī)振動(dòng)分析
        2.4.3 六維力傳感器正弦振動(dòng)分析
    2.5 小結(jié)
第3章 空間機(jī)械臂六維力傳感器過載保護(hù)研究
    3.1 引言
    3.2 六維力傳感器測(cè)量原理及過載分析
        3.2.1 六維力傳感器測(cè)量原理
        3.2.2 六維力傳感器靜動(dòng)態(tài)變形分析
        3.2.3 過載保護(hù)的分類
    3.3 機(jī)械過載保護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
    3.4 過載保護(hù)限位間隙分析
        3.4.1 Mz方向過載保護(hù)限位間隙分析
        3.4.2 Fz方向過載保護(hù)限位間隙分析
        3.4.3 Fx/FY和Mx/MY方向過載保護(hù)限位間隙分析
    3.5 過載能力驗(yàn)證
        3.5.1 確定限位間隙尺寸
        3.5.2 仿真驗(yàn)證
    3.6 小結(jié)
第4章 空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)力矩傳感器容錯(cuò)研究
    4.1 引言
    4.2 冗余方法研究
    4.3 扭矩傳感器結(jié)構(gòu)解析研究
        4.3.1 輪輻式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)
        4.3.2 結(jié)構(gòu)解析條件
        4.3.3 解析建模
        4.3.4 解析仿真
        4.3.5 模型驗(yàn)證
    4.4 空間機(jī)械臂用扭矩傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)
        4.4.1 傳感器總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        4.4.2 確定優(yōu)化目標(biāo)
        4.4.3 變形約束條件
        4.4.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
        4.4.5 有限元仿真
    4.5 扭矩傳感器電路冗余設(shè)計(jì)
    4.6 標(biāo)定與數(shù)據(jù)分析
        4.6.1 扭矩傳感器標(biāo)定
        4.6.2 數(shù)據(jù)分析
    4.7 小結(jié)
第5章 空間機(jī)械臂六維力傳感器溫度漂移特性研究
    5.1 引言
    5.2 六維力傳感器溫度漂移特性分析
        5.2.1 應(yīng)變計(jì)熱輸出分析
        5.2.2 調(diào)理電路溫度特性分析
    5.3 六維力傳感器溫度漂移硬件補(bǔ)償方法研究
    5.4 六維力傳感器溫度漂移軟件補(bǔ)償研究
        5.4.1 六維力傳感器同一溫度下穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)
        5.4.2 六維力傳感器的溫度漂移實(shí)驗(yàn)
        5.4.3 整體線性溫度漂移補(bǔ)償
        5.4.4 基于分段函數(shù)的線性溫度漂移補(bǔ)償
    5.5 小結(jié)
第6章 工作總結(jié)與展望
    6.1 工作總結(jié)
    6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄 過載保護(hù)仿真數(shù)據(jù)
致謝
在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的研究成果



本文編號(hào)：3802153