空间机械臂六维力/力矩传感器及其在线标定的

admin 时间:2020-04-07 05:05:18   |   阅读:110

  【摘要】:空间机械臂是空间站建立、保护维修、运营办理及辅佐宇航员出舱等义务的主要对象之一。依据我国空间站义务的急切需求,本文对空间站所需的空间机械臂在停止精细、复杂操作义务及力控制、活动柔顺控制时所需的关键力感知技巧停止了深化研究。旨在研制出一种具有优胜不合性、高牢靠性、高准确度、高刚度、高灵敏度、优胜集成性、具有零点漂移和温度漂移赔偿且具有过载保护的六维力/力矩传感器,并环绕六维力/力矩传感器的优化、静态特点和温度漂移赔偿及在线标定等后果展开深化的研究。本论文将清晰提高我国在该范围的研究水平,并为国家空间站项目标顺利实施供给有力保证。针对传统上六维力/力矩传感器常采取试凑法设计,从而招致其在很大年夜水平上依附于设计者的经历和才华,且常常没法获得功用最优的传感器模型等缺点,本文提出了一种基于照顾面方法的六维力/力矩传感器优化方法,并以空间机械臂六维力/力矩传感器弹性体的优化为例停止了说明。该方法经过公道安插试验设计,只需求大年夜批准确的有限元计算,就可以应用照顾面方法拟合出足够精度的传感器近似数学模型。以拟合的传感器数学模型为基础,以传感器应变柔顺矩阵的条件数最小为优化目标,以弹性体的结构参数作为设计变量,并以传感器的灵敏度和刚度等为束缚条件,便可快速取得最优的传感器模型。为研制一种适宜空间机械臂的六维力/力矩传感器,并参考国外文献,本文研制的传感器采取电阻应变道理。针对空间机械臂的高刚度及集成化请求,设计了一种新型结构的弹性体。该弹性体采取通孔方法的平行板梁结构,从而在保证刚度的条件下,有效地提高了传感器的灵敏度。为保护传感器在卑劣任务状况下免受伤害,设计了阶梯销和通孔感化的机械式过载保护。为使传感器完成零点漂移和温度漂移的赔偿功用,设计了D/A赔偿及温度收集电路。为了便于和空间机械臂的集成,传感器自身具有力/力矩旌旗灯号的解耦和温度信息处理才华,并经过RS-422方法完成与机械臂关节控制器的通信。为获得六维力/力矩传感器的静态特点,设计了基于滑轮-砝码的标定系统,并对标定系统的误差停止了剖析。采取最小二乘方法取得了六维力/力矩传感器的标定矩阵,经过加卸载试验掉掉落了传感器的各项静态功用目标和耦合误差。经过试验发明传感器的温度漂移现象十分严重,因此提出了基于粒子群算法优化最小二乘支撑向量机的赔偿方法。试验结果标明,该方法有效地处理了传感器的温度漂移后果。另外,针对传感器的刚度功用、过载才华及力学振动特点停止了试验研究。针对空间情况下六维力/力矩传感器的校订后果,提出了基于空间机械臂关节力矩传感器在线标定六维力/力矩传感器的方法。该方法在空间机械臂末尾履行器抓取某固定点时,且确保各关节位姿不变的状况下,经过机械臂的控制敕令给各关节施加一系列分歧的感化力,使得机械臂处于内力平衡形状。经过力雅克比矩阵,将关节力矩传感器检测的力矩信息映照到六维力/力矩传感器上作为规范载荷,同时收集六维力/力矩传感器的实践输入电压旌旗灯号,从而建立规范输入感化载荷、实践输入电压旌旗灯号及标定矩阵之间的等式关系。为了获得越发准确的标定矩阵,可以改动机械臂的位姿,偏重复上述操作来取得少量试验数据。最后采取最小二乘法对试验数据停止处理便可完成六维力/力矩传感器的在线标定,试验结果标明该方法快速高效。

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