近年來,隨著各國航天科技水平的不斷提高,越來越多的太空任務需要由空間機械臂完成。由于空間機械臂有輕質、臂長的結構特征,撓性振動問題相對突出,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產生較大影響。本文采用有限元分析的方法建立了空間機械臂仿真模型,重點研究了空間機械臂主動控制方法,開展了軌跡規(guī)劃算法研究。基于Ansys Workbench仿真平臺進行仿真,驗證了模型建立的有效性。論文的主要研究內容如下:首先,介紹了國內外學者在空間機械臂領域的研究現(xiàn)狀。討論了空間機械臂建模分析及控制系統(tǒng)設計方法,介紹了空間機械臂軌跡規(guī)劃研究成果。其次,以平面兩連桿為研究對象,采用幾何法及D-H參數(shù)法建立了機械臂系統(tǒng)的運動學模型。通過求解雅可比矩陣建立機械臂末端速度及關節(jié)速度之間的聯(lián)系。采用拉格朗日法完成了機械臂系統(tǒng)的動力學建模,建立了力矩和關節(jié)狀態(tài)變量之間的關系。再次,基于Ansys Workbench有限元仿真平臺建立單自由度機械臂系統(tǒng)仿真模型。通過進行模態(tài)分析及瞬時動力學仿真驗證了模型建立的有效性。在機械臂末端施加質量點,分析系統(tǒng)抓取不同重量載荷時的模態(tài)頻率及振型。對PD控制、微分先行PD控制、變增益控制等主動控制方法展開研究,...

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內研究現(xiàn)狀
    1.3 論文的主要內容
第2章 空間機械臂運動學及動力學建模
    2.1 引言
    2.2 平面兩連桿機械臂運動學建模
        2.2.1 平面兩連桿機械臂位置級運動學
        2.2.2 平面兩連桿機械臂速度級運動學
        2.2.3 平面兩連桿機械臂工作空間
    2.3 平面兩連桿機械臂動力學建模
    2.4 本章小結
第3章 基于ANSYS的空間機械臂仿真模型建立
    3.1 引言
    3.2 單自由度機械臂仿真模型建立及主動控制研究
        3.2.1 建立單自由度機械臂仿真模型及動力學模型
        3.2.2 仿真系統(tǒng)結構模態(tài)分析
        3.2.3 單自由度機械臂控制算法研究及仿真驗證
            3.2.3.1 PD控制
            3.2.3.2 微分先行PD改進控制算法
            3.2.3.3 變增益控制算法
    3.3 二自由度機械臂仿真模型建立及仿真驗證
        3.3.1 建立二自由度機械臂仿真模型
        3.3.2 二自由度機械臂模型仿真驗證
    3.4 本章小結
第4章 基于ANSYS的空間機械臂軌跡規(guī)劃研究
    4.1 引言
    4.2 空間機械臂系統(tǒng)軌跡規(guī)劃與控制的關系
    4.3 空間機械臂軌跡規(guī)劃研究及仿真
        4.3.1 5次多項式插值法
        4.3.2 梯形速度插值法
        4.3.3 笛卡爾空間點到點軌跡規(guī)劃
        4.3.4 空間機械臂基座擾動最小軌跡規(guī)劃
    4.4 小結
結論
參考文獻
致謝



本文編號：3842912