考虑行星齿轮间隙的空间机械臂关节动力学建模与控制策略研究

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1、fAaf硕士学位论文题目：考虑行星齿轮间隙的空间机械臂关节动力学建模与控制策略研究学号：姓名：何诗文专业：模式识别与智能系统导师：紐学院：自动化学院年月日中国北京硕士学位论文题目：考虑行星齿轮间隙的空间机械臂关节动力学建模与控制策略研究学号：姓名：何诗文专业：模式识别与智能系统导师：贾庆轩教授学院：自动化学院年月日独创性（或创生）声明本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与

2、我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名：々对（日期：抓关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内可以允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后遵守此规定）保密论文注释：本学位论文属于保密在—年解密后适用本授权书。非保密

3、论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。日期考虑行星齿轮间隙的空间机械臂关节动力学建模与控制策略研究摘要关节作为空间机械臂系统的重要组成单元，目前被广泛应用于大型空间机械臂、太空机器人以及各类空间设备中。齿轮副间借助间隙发生相互作用，但随着间隙的增大，机械臂振动越来越剧烈，会影响机械臂的工作精度，甚至会导致机械臂执行任务失败。因此，系统开展考虑间隙的空间机械臂关节动力学特性分析以及控制策略研究工作具有重要的理论意义与应用价值。面向空间机械臂在轨操作任务，以考虑行星齿轮间隙的空间机械臂关节为研宄对象，本文重点对机械臂关节动力学建模与控制策略展幵分析与研宄，主要内容

4、如下：首先，建立了考虑间隙的空间机械臂关节动力学模型。在综合考虑轮齿柔性、啮合阻尼、齿侧间隙、啮合误差等非线性因素的基础上构建出空间机械臂关节动力学模型。其次，提出了一种考虑间隙影响的行星齿轮传动关节模型高效求解方法。鉴于空间机械臂关节动力学模型参数的强非线性特点，在哈密顿体系下对模型进行求解，并进行仿真实验验证完成了齿侧间隙、啮合刚度等非线性因素变化对关节动力学特性的影响分析。最后，对空间机械臂关节控制策略进行研究。基于逆向补偿设计思想，设计了一种滑模控制器，实现了系统高精度轨迹跟踪，通过与控制策略进行对比，证明了滑模控制方法在系统稳定性及精确度方面的优势。同时，基于扰

5、动观测器结合滑模控制方法，补偿间隙对系统运动控制造成的影响。通过引入扰动观测器减小间隙的非线性影响，并结合滑模控制策略进一步削弱扰动观测器产生的未估干扰影响。泰关键词空间机械臂行星齿轮滑模控制间隙扰动观测器RESEARCHONDYNAMICSMODELINGANDCONTROLSTRATEGYOFJOINTSCONSIDERINGPLANETARYGEARBACKLASHABSTRACTTheplanetarygeartransmissionjointisregardedasanimportantunitofmechanicalsystemswithhighbearing

6、capacityandlongworkinglife,andhasbeenwidelyusedinlargespacemanipulator,spacerobotandcapsule.Whereas,owingtotheexistenceofbacklash,theeffectcanbetakenbetweeneachgeartrain.However,withtheincreaseofbacklash,violentlyvibrationwillhappenedinspacemanipulator.Asaresult,theprecisionwillbeaffected

7、.What'sworse,itwillleadtoataskfailure.Therefore,thefurtherstudyofdynamicscharacteristicsanalysisandcontrolstrategyofspacemanipulatorsystemwithbacklashhasimportanttheoreticalandpracticevalue.Fortheon-orbitoperationtaskofspacemanipulator,thepaperfocusesondynamicsmodel