基于机械手技术的航天服手套寿命试验系统

发布时间：2017-08-03 19:33

  本文关键词：基于机械手技术的航天服手套寿命试验系统

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【摘要】：随着我国太空计划的深入,舱外活动将更加频繁。然而高真空、极端温度和强辐射等严苛的太空环境对航天员的生命安全造成了极大的威胁,一旦舱外航天服破损,后果不堪设想。由于舱外操作手部运动最多,手套是航天服最易磨损的部分,所以,通过对舱外航天服手套进行寿命试验,掌握其使用寿命数据,对于航天服的设计与使用都具有重要的应用意义。 采用人工方法对舱外航天服手套进行寿命试验效率低,试验参数不易获得。研制基于灵巧机械手的舱外航天服手套寿命试验系统代替人手进行快速抓握,同时气压传感器对手套内部气压实时监测,可以快速准确的进行手套寿命试验。灵巧机械手能否模拟人手运动轨迹进行抓握运动是航天服手套寿命试验系统的关键。同时由于航天服手套内部空间狭小,织物分层较多,灵巧机械手在尺寸上也必须与人手相当,也对设备的研制提出了更高的要求。 论文运用D-H转换矩阵对灵巧机械手手指进行了运动学分析,并应用MATLAB完成了运动轨迹仿真。联合INVENTOR和ADAMS对灵巧机械手的食指进行了动力学仿真。通过仿真分析了机械手的驱动及传动技术的特点,为舱外航天服手套寿命试验系统的驱动方案提供了理论依据。 在理论研究和仿真的基础上,研制了灵巧机械手并进行了试验；研制了气缸外驱动的舱外航天服手套寿命试验装置,实现了航天服手套手指的抓握运动和手腕的摆动运动。研制了被动式内置手改进了手指的运动质量。用压力传感器、气动控制阀以及NI板卡构建了手套寿命试验控制系统,采用Labview软件编写了系统的测控程序。 经过实际使用,证明舱外航天服手套寿命试验系统可以完成预期目标,表明了以被动灵巧机械手结合外部驱动的试验系统能够实现舱外航天服手套的寿命试验。论文的研究结果对于舱外航天服材料耐用性以及航天服可靠性研究具有重要的应用价值。
【关键词】：舱外航天服 手套 寿命试验 机械手 检测系统
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V445.3
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 课题选题背景和意义12-13
• 1.1.1 课题背景12
• 1.1.2 课题意义12-13
• 1.2 灵巧机械手的国内外研究现状13-19
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-19
• 1.3 航天服手套的试验驱动需求19
• 1.4 论文主要研究内容及章节安排19-22
• 2 灵巧机械手的建模与运动学分析22-38
• 2.1 人手的物理模型22-23
• 2.2 人手自由度分析23
• 2.3 人手设计参数23-24
• 2.4 仿人机械手的运动学分析24-26
• 2.5 单指运动学分析26-33
• 2.5.1 食指的运动学分析26-28
• 2.5.2 拇指的运动学分析28-31
• 2.5.3 运动学逆解检验31-33
• 2.6 单指运动空间的仿真33-36
• 2.6.1 食指运动空间仿真34-35
• 2.6.2 拇指运动空间仿真35-36
• 2.7 本章小结36-38
• 3 灵巧机械手动力学仿真38-50
• 3.1 拉格朗日方程38-39
• 3.2 灵巧机械手的动力学模型39-42
• 3.3 基于INVENTOR与ADAMS联合的动力学仿真42-48
• 3.3.1 ADAMS简介42-43
• 3.3.2 灵巧机械手食指动力学仿真43-48
• 3.4 本章小结48-50
• 4 机械手的驱动方案分析50-60
• 4.1 驱动器的选择50-51
• 4.2 传动方式的选择51-54
• 4.2.1 腱绳型手指52
• 4.2.2 连杆型手指52-53
• 4.2.3 齿轮与带轮混合应用型手指53-54
• 4.3 腱传动欠驱动灵巧机械手54-59
• 4.3.1 手指结构设计55-56
• 4.3.2 驱动器的选择56
• 4.3.3 气缸行程的确定56-57
• 4.3.4 气缸驱动拉力的确定57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 舱外航天服手套驱动机构的研制60-72
• 5.1 被动式外驱动机械手的设计60-64
• 5.1.1 外骨骼式机械手60-61
• 5.1.2 外置连杆式灵巧机械手61-64
• 5.2 舱外航天服手套寿命试验系统的设计64-69
• 5.2.1 总体设计方案64
• 5.2.2 手套固定机构64-65
• 5.2.3 手指固定机构65-66
• 5.2.4 手套密封杯66-67
• 5.2.5 舱外航天服手套寿命试验系统整体设计67-68
• 5.2.6 舱外航天服手套寿命试验气路系统68-69
• 5.3 舱外航天服手套寿命试验系统制作69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 6 舱外航天服手套寿命试验测控系统72-80
• 6.1 寿命试验的设置要求72
• 6.2 测控系统硬件技术环节的设计与开发72-74
• 6.2.1 控制系统硬件结构73
• 6.2.2 数据采集卡73-74
• 6.3 测控系统软件设计开发74-78
• 6.4 舱外航天服手套寿命试验78-79
• 6.5 本章小结79-80
• 7 总结和展望80-82
• 7.1 总结80
• 7.2 展望80-82
• 参考文献82-86
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果86-90
• 学位论文数据集90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：616001