空间机械臂装配建模与视觉导引问题研究

发布时间：2023-04-28 18:04

　　随着人类在太空中的探索活动越来越频繁,太空任务越来越多样化,任务质量要求越来越高,建设大型空间飞行器的需求也越来越强烈。但是受制于运载能力和研究周期的限制,航天器平台规模难以扩大,空间任务的灵活性和扩展性难以有效提升。为了破解这一困境,提出了航天器在轨变形重构的工作模式。这种模式主要通过空间机器人/机械臂辅助完成航天器的组装、变结构和维护工作。本论文着眼于上述任务背景,结合大型天线卫星的模块组装这一实际问题,针对空间机械臂的动力学建模与视觉导引问题进行了深入研究,并通过仿真进行了相关方法验证。论文内容包含以下方面:首先针对空间机械臂的建模问题,探讨了如何通过体坐标系与关节变量表示机械臂的正运动学和逆运动学,并且就如何解耦简化逆运动学求解进行了分析。在运动学的基础上,讨论了机械臂的动力学计算过程。最后将地面上的机械臂计算方法应用到空间机械臂系统中,分析了组装过程中,空间机械臂的运动与动力因素对航天器基体的位置、姿态的影响。其次,针对机械臂运动过程中如何判别机械臂操纵对象的运动状态,研究了视觉导引问题。对视觉导引的问题核心进行了详细阐述,随后阐释了相机成像模型及成像过程中畸变现象的物理原因...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 航天器在轨重组任务发展现状
    1.3 空间机械臂技术发展现状
    1.4 目标导引技术发展现状
    1.5 论文研究内容
第2章 机械臂结构及运动学建模
    2.1 机械臂的运动学表示
        2.1.1 体坐标系变换表示
        2.1.2 机械臂正运动学过程
        2.1.3 机械臂逆运动学过程
        2.1.4 运动学求解中的解耦
    2.2 空间机械臂的运动方程
    2.3 空间机械臂的动力学方程
    2.4 本章小结
第3章 针对机械臂的视觉导引技术
    3.1 视觉导航关键问题
    3.2 视觉模型基础
        3.2.1 成像模型
        3.2.2 相机畸变与标定
    3.3 空间装配环境中的视觉导引应用
        3.3.1 空间机械臂装配中的图像获取
        3.3.2 空间机械臂装配中的图像特征
    3.4 视觉特征提取方法
        3.4.1 灰度质心法的应用
        3.4.2 基于特征点的特征状态获取算法
        3.4.3 特征匹配
    3.5 本章小结
第4章 机械臂动力学过程仿真与图像算法验证
    4.1 仿真模型设计
        4.1.1 空间机械臂模型设计
    4.2 仿真软件设计
        4.2.1 计算架构
        4.2.2 解算方法
    4.3 仿真结果
        4.3.1 双关节机械臂转动仿真
        4.3.2 包含空间飞行器基体的运动仿真
        4.3.3 空间环境图像处理算法示例
        4.3.4 仿真实验结果分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3804202