可展开桁架式抓取机械手设计与控制研究
发布时间：2023-04-09 18:40
近些年来,随着地球轨道上的太空垃圾越积越多,太空垃圾给人类的宇宙探索活动带来了重重阻碍,因此世界各国开始对太空垃圾回收问题进行广泛关注。当前,已有的太空垃圾回收方法主要有空间机械臂捕获技术、空间飞网和飞爪技术、空间桁架式抓取机构技术等,相对其他的回收技术,空间桁架式抓取机构技术具有可操纵性好、刚度高、驱动简单、适用范围广的优点。以太空垃圾回收为背景,本文主要围绕可展开桁架式机械手设计、动力学建模、运动控制和抓取规划等方面开展理论和实验研究。针对一般性太空垃圾的抓取操作和空间应用中的运载问题,基于剪叉机构和双平行四边形机构,进行可展开桁架式抓取机械手的设计与分析研究。首先,提出一类的可展开桁架式抓取机械手,该机械手在运载时可以获得一个紧凑的构态,在抓取操作时可以获得一个大尺度的构态;并且它的展开运动和抓取运动是运动学解耦的。为了提高机械手的可靠性和稳定性,通过设计锁定机构,提出一种含锁定关节的可展开桁架式机械手,以满足复杂任务的需要。然后,对可展开桁架式抓取机械手的运动学、展开性能、工作空间、可操作度、紧凑性和刚度等方面进行详细分析,结果表明该机构具有灵巧性好、刚度高的特点。通过分析可展...
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的和意义
1.2 太空垃圾回收技术的国内外研究现状
1.2.1 空间机械臂捕获技术
1.2.2 空间飞网和飞爪捕获技术
1.2.3 桁架式抓取机械手技术
1.3 可展开桁架式抓取机械手关键技术的国内外研究现状
1.3.1 可展开桁架式抓取机械手设计
1.3.2 动力学建模与分析方法
1.3.3 非线性运动控制技术
1.3.4 机械手的抓取规划技术
1.4 当前研究存在的问题
1.5 本文的主要研究内容
第2章 可展开桁架式抓取机械手的机构设计与分析
2.1 引言
2.2 可展开机械手的总体方案设计
2.3 可展开机械手的机构设计
2.3.1 对称式可展开抓取机构设计
2.3.2 非对称式可展开抓取机构设计
2.3.3 可展开机械手设计
2.3.4 含锁定关节的可展开机械手可重构设计
2.4 运动学与性能分析
2.4.1 运动学建模
2.4.2 展开性能分析
2.4.3 工作空间分析
2.4.4 可操作度分析
2.4.5 刚度分析
2.5 本章小结
第3章 可展开抓取机构的动力学建模与分析
3.1 引言
3.2 基于拉格朗日力学的动力学建模方法
3.2.1 矢量表示
3.2.2 动力学建模过程
3.3 基于递归牛顿欧拉的动力学建模方法
3.3.1 运动学建模
3.3.2 基本单元的动力学建模
3.3.3 整个机构的递归动力学建模
3.4 动力学仿真结果与分析
3.4.1 动力学仿真验证
3.4.2 展开动力学仿真与分析
3.4.3 动力学耦合分析
3.5 本章小结
第4章 可展开抓取机构的展开抓取运动控制
4.1 引言
4.2 基于扩状态观测器的可展开抓取机构的展开运动控制研究
4.2.1 展开动力学建模
4.2.2 扩张状态观测器设计和稳定性证明
4.2.3 展开运动控制器设计和稳定性证明
4.2.4 仿真结果与分析
4.3 基于动力学前馈的可展开抓取机构展开抓取运动控制
4.4 基于自适应扩张状态观测器的可展开抓取机构展开抓取运动控制
4.4.1 展开抓取动力学模型
4.4.2 自适应扩张状态观测器的设计与稳定性证明
4.4.3 展开抓取运动控制器设计与稳定性证明
4.4.4 仿真结果与分析
4.5 本章小结
第5章 可展开桁架式抓取机械手的最优抓取规划
5.1 引言
5.2 可展开机械手的抓取模式分析
5.2.1 指尖抓取模式
5.2.2 包络抓取模式
5.3 包络抓取力封闭性分析
5.3.1 抓取力与力封闭性
5.3.2 抓取力封闭定量判定方法
5.3.3 包络抓取接触点矢量计算
5.3.4 仿真结果与分析
5.4 包络抓取最优规划
5.4.1 最优抓取规划方法
5.4.2 仿真结果与分析
5.5 本章小结
第6章 可展开桁架式机械手的样机搭建与实验
6.1 引言
6.2 样机搭建
6.2.1 单分支可展开抓取机构的实验系统搭建
6.2.2 可展开抓取机械手的实验系统搭建
6.3 机构展开运动位置控制实验
6.3.1 展开运动实验设置
6.3.2 展开运动实验结果
6.4 基于动力学前馈的展开抓取运动控制实验
6.4.1 展开抓取运动实验设置
6.4.2 展开抓取运动实验结果
6.5 基于扩张状态观测器的展开抓取运动控制实验
6.5.1 展开抓取运动实验设置
6.5.2 展开抓取运动实验结果
6.6 抓取力封闭性验证实验
6.6.1 单分支抓取实验
6.6.2 两分支抓取实验
6.7 可重构实验
6.7.1 基于对接锁定机构的可重构实验
6.7.2 可展开抓取机械手的模块化可重构实验
6.8 本章小结
结论
参考文献
附录A 实验原始数据
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3787535
【文章页数】：168 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究的目的和意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 研究目的和意义
1.2 太空垃圾回收技术的国内外研究现状
1.2.1 空间机械臂捕获技术
1.2.2 空间飞网和飞爪捕获技术
1.2.3 桁架式抓取机械手技术
1.3 可展开桁架式抓取机械手关键技术的国内外研究现状
1.3.1 可展开桁架式抓取机械手设计
1.3.2 动力学建模与分析方法
1.3.3 非线性运动控制技术
1.3.4 机械手的抓取规划技术
1.4 当前研究存在的问题
1.5 本文的主要研究内容
第2章 可展开桁架式抓取机械手的机构设计与分析
2.1 引言
2.2 可展开机械手的总体方案设计
2.3 可展开机械手的机构设计
2.3.1 对称式可展开抓取机构设计
2.3.2 非对称式可展开抓取机构设计
2.3.3 可展开机械手设计
2.3.4 含锁定关节的可展开机械手可重构设计
2.4 运动学与性能分析
2.4.1 运动学建模
2.4.2 展开性能分析
2.4.3 工作空间分析
2.4.4 可操作度分析
2.4.5 刚度分析
2.5 本章小结
第3章 可展开抓取机构的动力学建模与分析
3.1 引言
3.2 基于拉格朗日力学的动力学建模方法
3.2.1 矢量表示
3.2.2 动力学建模过程
3.3 基于递归牛顿欧拉的动力学建模方法
3.3.1 运动学建模
3.3.2 基本单元的动力学建模
3.3.3 整个机构的递归动力学建模
3.4 动力学仿真结果与分析
3.4.1 动力学仿真验证
3.4.2 展开动力学仿真与分析
3.4.3 动力学耦合分析
3.5 本章小结
第4章 可展开抓取机构的展开抓取运动控制
4.1 引言
4.2 基于扩状态观测器的可展开抓取机构的展开运动控制研究
4.2.1 展开动力学建模
4.2.2 扩张状态观测器设计和稳定性证明
4.2.3 展开运动控制器设计和稳定性证明
4.2.4 仿真结果与分析
4.3 基于动力学前馈的可展开抓取机构展开抓取运动控制
4.4 基于自适应扩张状态观测器的可展开抓取机构展开抓取运动控制
4.4.1 展开抓取动力学模型
4.4.2 自适应扩张状态观测器的设计与稳定性证明
4.4.3 展开抓取运动控制器设计与稳定性证明
4.4.4 仿真结果与分析
4.5 本章小结
第5章 可展开桁架式抓取机械手的最优抓取规划
5.1 引言
5.2 可展开机械手的抓取模式分析
5.2.1 指尖抓取模式
5.2.2 包络抓取模式
5.3 包络抓取力封闭性分析
5.3.1 抓取力与力封闭性
5.3.2 抓取力封闭定量判定方法
5.3.3 包络抓取接触点矢量计算
5.3.4 仿真结果与分析
5.4 包络抓取最优规划
5.4.1 最优抓取规划方法
5.4.2 仿真结果与分析
5.5 本章小结
第6章 可展开桁架式机械手的样机搭建与实验
6.1 引言
6.2 样机搭建
6.2.1 单分支可展开抓取机构的实验系统搭建
6.2.2 可展开抓取机械手的实验系统搭建
6.3 机构展开运动位置控制实验
6.3.1 展开运动实验设置
6.3.2 展开运动实验结果
6.4 基于动力学前馈的展开抓取运动控制实验
6.4.1 展开抓取运动实验设置
6.4.2 展开抓取运动实验结果
6.5 基于扩张状态观测器的展开抓取运动控制实验
6.5.1 展开抓取运动实验设置
6.5.2 展开抓取运动实验结果
6.6 抓取力封闭性验证实验
6.6.1 单分支抓取实验
6.6.2 两分支抓取实验
6.7 可重构实验
6.7.1 基于对接锁定机构的可重构实验
6.7.2 可展开抓取机械手的模块化可重构实验
6.8 本章小结
结论
参考文献
附录A 实验原始数据
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果
致谢
个人简历
本文编号：3787535
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3787535.html
