空间机械臂关键技术研究

对空间机械臂研制过程中的一些关键问题进行了研究,并提出了相应的解决方案,采用这些方案成功研制了6自由度模块化可折叠空间机械臂.针对空间机械臂的特点设计了相应的地面实验系统,并进行了必要的性能测试.     

空间机械臂的路径研究

为了满足空间机械臂运动平稳的工作要求,路径规划需要计算出连续平滑的运动路径。以MATLAB软件为研究工具,通过取多组数据分别绘图并用比较的方法确定空间机械臂的最优运动路径。结果表明:最优路径满足关节角速度和角加速度最小的运动学特性,从而使机械臂工作平稳。     

空间机械臂微重力装配系统研究

针对现有的几种地面微重力装配技术存在装调效率低、多自由度重力卸载实施困难、卸载效率无法评定、辅助工装附加阻力大和适应性差等不足,设计了一种适用于空间机械臂的微重力柔性装配系统,描述了系统的方案和工作原理,并进行了试验验证。研究表明,该系统能够实现空间展开机构的多自由度装调、重力卸载效率在线监测和复杂轨迹地面模拟试验。     

全预紧组合框架液压机的预紧力研究

在现代液压机设计理论中,全预紧组合框架结构是目前液压机本体结构的首选形式。拉杆预紧力的大小直接影响整个压机结构的稳定性。通过应用力学分析和数值模拟,对不考虑压机横梁变形和考虑压机横梁变形两种情况下预应力结构的工作过程进行分析,分别给出预应力机架在预紧过程中和加载后立柱和拉杆变形的理论计算公式;同时推导出加载后机架残余预紧力的理论计算公式,并与有限元计算结果进行对比。为反映压机工作时拉杆预紧程度对立柱残余压力的影响,给出立柱剩余预紧系数的概念及其计算公式并给出取值范围,为预应力结构液压机的设计计算提供新的理论计算方法。     

预紧组合结构液压机临界预紧力的研究

预紧组合结构广泛应用于大型液压机本体设计,预紧力的确定是其关键问题。针对锻造液压机,尤其是自由锻液压机经常处于偏心载荷工况这一问题,在现有的偏载工况机架受力分析模型的基础上,进一步引入预紧力,建立了液压机机架临界预紧力的计算模型,并以三缸双球铰液压机为例,推导了其临界预紧力计算公式。设计制造了以某厂120MN三缸双球铰自由锻造液压机为原型的1∶15的本体模型,并对该液压机处于不同工作载荷、偏心距分别为10mm和30mm工况下机架保持整体性所需的临界预紧力进行了实验测试。实验结果表明,所提的临界预紧力计算方法具有一定的可靠性,但该值偏安全。     

多节连续体机械臂的预紧机构装置设计

针对柔索驱动机械臂容易发生绳索松弛从而影响动作准确性和有效载荷能力的问题,设计了一种新型的连续体机械臂混合式预紧机构,并提出了对应的预紧力控制策略.首先,研究了多节柔索驱动超冗余连续机械臂的3个主要组成部分——连续体部件、预紧部件和致动部件,并给出了采用线性电位器的混合式预紧机构具体硬件设计;其次,根据电机和绳索分布,...     

温度对空间精密轴承预紧力的影响

从空间精密轴系用轴承的轴向游隙和刚度角度,分别分析了工作温度及其梯度对全钢轴承和陶瓷球混合轴承预紧力的影响,以及背靠背和面对面2种安装方式的影响差异,明确了量化估算方法。根据隔圈受力变化与预紧力的关系,采用基于应变的预紧力在线测试方法,分别实测了不同温度下全钢轴承轴系和混合轴承的预紧力,结果表明实测结果与分析结果基本一致。     

七自由度空间机械臂运动仿真技术研究

采用三维建模软件Pro/E建立空间机械臂几何模型,采用三维图形软件开发包Open In-ventor虚拟场景技术搭建仿真环境,采用数据库来存储与管理仿真过程中用到的数据信息,通过循环遍历数据库中的数据表信息,实时计算和修改模型绝对位姿,实现运动仿真,利用Visual C++6.0编程软件建立了空间机械臂运动仿真平台。实验结果表明,上述方法不仅能达到很好的仿真效果,而且能适应变化的模型、变化的任务,因而具有良好的实用性,较强的通用性。     

空间机械臂约束模态分析

空间机械臂在发射时承受极为恶劣的载荷环境,为确保机械臂在发射工况下不被损坏,利用包带式锁解机构对其进行了可靠锁紧.利用ANSYS软件对锁紧状态下的某空间机械臂进行模态分析,获得其锁紧状态下的固有频率;同时通过对锁紧状态下的机械臂进行灵敏度分析,确定其薄弱环节;提出了改善机械臂锁紧状态下动态特性的具体措施,为机械臂和锁解机构的动态设计和优化设计提供了有效理论依据.     

空间转位机械臂转动惯量的地面仿真研究

针对空间转位机械臂在太空舱转位对接过程中受到的超大转动惯量,提出了一种全物理的仿真模拟方法。该方法主要是由模拟太空舱的质量块,转位机械臂实物,安装机械臂的基座,使质量块和机械臂连接的中间连接梁,让质量块持续跟随机械臂进行转动的跟随机构以及为整个全物理实验提供微重力环境的气浮机构组成。实验在气浮提供的微重力环境下进行,机械臂在其肩关节和腕关节驱动下进行转动,通过带动中间连接梁从而带动质量块跟随其转动,这就模拟出机械臂在太空转位时所受转动惯量。为了验证全物理方法的有效性对该方法建立了模型,并对模型进行动力学建模,获得各个关节处所受的力,进一步通过这些数据对模型进行受力分析,结果表明全物理实验方法具有可行性同时机械臂也满足设计要求。     

空间机械臂锁紧点布置方法的研究

为了使空间机械臂能够安全可靠地运行,在发射时需要进行可靠的锁紧固定,因此空间机械臂的锁紧固定十分重要。在进行锁紧固定时,需要确定最优的锁紧点数目和位置。针对机械臂锁紧点数量及位置的布置方法,运用有限元理论,分析了几种不同形式的机械臂臂杆锁紧点添加时系统一阶固有频率的变化趋势,确定了针对不同形式臂杆锁紧点的添加方法,可对类似的锁紧问题提供一定的指导意义。     

基于动力学的协作机械臂零力拖动研究

以一种6轴协作机械臂开发平台为对象,对零力拖动示教进行研究.利用拉格朗日法及机械臂结构参数建立其本体动力学模型;将静力学中的摩擦力矩和惯性力矩加入到动力学方程之中得到协作机械臂的零力拖动模型;根据电机轴角速度关系将动力学力矩与关节PMSM电机数学模型结合,得到电机层面的力矩模型;与零力拖动模型整合得到实际应用中的零力拖...     

空间4R机械臂容错空间的分析

针对一个空间4R机械臂的不同关节发生锁定故障时的容错空间问题进行研究。首先给出了冗余度机械臂的容错运动规划算法,然后给出了空间4R机械臂容错空间的计算方法,分析了影响容错空间的因素,并提出了几种新的结构;最后,在仿真中对一个4R空间机械臂进行分析并给出了容错空间的三维模型。     

空间伺服机构装配过程中轴承预紧力的控制

通过改变预紧力将产品化轴承适应性地应用于不同类型载荷伺服机构,对降低产品研发成本、提高产品继承性有着极大助益。本文根据启动摩擦力矩和预紧力的关系,识别出轴端压紧力和过盈摩擦力是轴承装配过程预紧力控制的两项主要影响因素,并给出了具体数学关系。将轴承过盈配合简化为组合厚壁圆筒模型,得到了过盈摩擦力计算方程。进一步地,依据虎克定律和杨氏模量定义,推导了轴承压装过程中轴端压紧力与轴承预紧力的数学关系,并在上述基础上,提出了空间伺服机构装配过程轴承预紧力控制方法。最后,依托某工程型号伺服机构,进行了预紧力控制和轴承寿命实验研究。预紧力控制实验结果显示,所述方法能够有效实现轴承预紧力的控制,间隙配合、过盈配合理论与实验误差分别为2.6%,20.3%;轴承寿命实验结果显示,采用所述方法装配后的轴承寿命末期回转倾角误差为3.04″,摩擦力矩为25.8mN·m,满足该工程型号空间伺服机构的使用需求。     

内外拉杆预紧组合结构预紧力配置规律的研究

结合800MN巨型模锻压机的拉杆结构,对由拉杆组、C形板、十字键和夹紧梁构成的典型垂直串联结构,采用"过盈配合法"建立拉杆预紧力有限元模型,经分析得到合理的预紧力数值及其配置规律,满足结构强度和变形协调的要求.     

空间机械臂多目标综合轨迹规划研究

以七自由度冗余空间机械臂为研究对象,对其进行多目标综合轨迹规划研究。为了得到速度和加速度都连续的关节轨迹,首先采用三次均匀B样条曲线构造机械臂的关节空间轨迹。然后分别以机械臂运动时间最短、能量消耗最少和轨迹冲击性最小作为优化目标,以机械臂的关节位移、速度、加速度和关节力矩的限制作为约束条件,建立空间机械臂多目标轨迹规划问题的数学模型。最后使用NSGA-II算法进行数学模型求解,获得空间机械臂多目标轨迹规划问题的Pareto最优解集。仿真结果表明,在满足各项约束条件的前提下,所获得的机械臂关节空间轨迹能够达到使机械臂的多个性能指标综合最优的效果。     

螺栓预紧力确定

以理论力学、材料力学理论为原理,结合工程实践,系统地介绍了影响螺栓预紧力因素、螺栓预紧时应力-应变特性及计算方法,给出螺栓预紧力确定依据。     

移动蛇形机械臂空间路径跟踪策略研究

移动蛇形机械臂具有结构细长和多自由度的特点,其运动学逆解不唯一且计算量大成为研究的难点之一.针对某14自由度的移动蛇形机械臂,采用几何推导法设计了基于末端跟随算法的运动控制策略,实现了机械臂末端的精确位置跟踪,避免使用复杂的逆运动学算法进行求解.该策略考虑了机械臂关节角度和基座移动距离的约束,保证在无约束时机械臂各关节...     

电主轴系统的最佳预紧力研究

高速电主轴是高性能机床的核心部件,它将主轴电动机内置于机床主轴中,两者"合二为一",因而具有结构紧凑、质量轻、惯性小、振动小、噪音低、响应快、易于实现主轴定位和准停等突出优点.新一代高速电主轴的工况特点是低速大转矩和高速大功率,预紧力可控是很有技术发展前途的新方向.确定最佳预紧力,实现电主轴在包含低速大转矩与高速大功率整个工作范围内动力学品质全局兼优是预紧力可控的基础.因此,本文对电主轴系统的最佳预紧力进行了研究.