可伸缩空间机械臂及其控制方法的研究

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1、硕士学位论文可伸缩空间机械臂及其控制方法的研究RESEARCHONRETRACTABLESPACEMANIPULATORANDTHECONTROLMETHOD林祺哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TP241.3学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文可伸缩空间机械臂及其控制方法的研究硕士研究生：林祺导师：刘伊威副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP241.3U.D.C:621Dissertationfo

2、rtheMasterDegreeinMechanicalEngineeringRESEARCHONRETRACTABLESPACEMANIPULATORANDTHECONTROLMETHODCandidate：LinQiSupervisor：AssistantProf.LiuYiweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence

3、：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要该文对可伸缩空间机械臂结构展开了研究工作，并且对可伸缩机械臂的展开运动进行了建模和仿真工作，研制了锁紧机构样机并对其进行研究分析。首先，该文分析了可伸缩空间机械臂在不同构型下的工作空间以及不同构型下的末端负载能力。根据关节的设计指标，考虑空间机械臂的工作环境，完成了空间机械臂关节结构的整体设计。对关节性能指标进行了分解。并且根据设计指标选择了关节的重要组件，并且设计了应急驱动组件以及

4、机械限位装置。通过对比大量的可伸缩机械臂杆的伸长方案，确定了该文通过关节带动可伸缩臂杆伸缩的方案。根据伸缩方案确定了可伸缩机械臂杆的整体设计方案，并且设计了可伸缩机械臂的内外臂杆。通过Adams对锁紧运动进行了仿真分析，并根据仿真分析的结果计算并选择了锁紧机构的驱动部件。考虑到可伸缩机械臂伸缩时臂杆长度的变化，可伸缩机械臂内的导线长度也需要根据机械臂杆的变化而变化，为此该文设计了导线收放装置，收放线装置安装在可伸缩机械臂杆内部。该文设计的导线收放装置导线采用被动伸缩的原理，利用涡卷弹簧带动盘型卷线器转动而使导线收放。根据前文设计的可伸缩机械臂的结构

5、模型，对可伸缩机械臂展开运动进行分析，并且利用改进的三次样条规划出满足可伸缩机械臂展开运动在关节空间的轨迹，并选取一条满足关节性能参数的轨迹规划路线。由于可伸缩机械臂展开运动时关节的运动方式与传统机械臂的不同，该文设计了主动关节采用PD控制，从动关节采用柔顺控制的控制策略。并且通过Adams/Simulink联合仿真验证了控制策略的有效性。最后，为了验证可伸缩机械臂杆的工作性能，该文设计了锁紧机构原理样机，并且搭建了实验测试平台。对锁紧机构的锁紧功能进行实验验证，并且在该测试平台上进行了锁紧机构刚度实验。证明了该文所设计的可伸缩机械臂臂杆结构合理，

6、工作性能可靠。关键词：可伸缩机械臂；锁紧机构；收放线装置；轨迹规划；阻抗控制-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInthispaper,thestructureofflexiblespacemechanicalarmisstudiedandtheexpansionmotionoftheretractablemanipulatorismodeledandsimulated.Firstly,thispaperanalyzetheworkspaceandtheterminalloadofflexiblespacemechanicalarm

7、underdifferentconfigurations.Accordingtothedesignindexofthejointsandspacemanipulatorworkingenvironment,theoveralldesignofthejointsstructureofthespacemanipulatorisaccomplishedaccordingtothedesignindexofthejoints.thejointsperformanceindexissimplyanalyzedandtheimportantcomponents

8、ofthejointsareselectedandtheemergencydrivingcomponentsandthem