空间机械臂末端执行器闭锁装置设计与分析

空间机械臂末端执行器闭锁装置设计与分析

论文摘要

随着航天事业的不断发展,越来越多的任务需要在轨道上完成,如建造和维护太空设施、在太空实验室处理实验样品、提供或获取一些不可再生物品、装运物品到太空站或者从太空站运输物品回来、检查和维修故障卫星等。所有这些任务都需要过宇航员的舱内活动(Intra-Vehicular-Activity)或舱外活动(Extra-Vehicular-Activity)来进行。想要利用一个简单或者标准的太空机器人来完成这些任务是不现实的。因此,许多末端执行器都是专为特殊的任务而设计的。利用一个带有末端执行器的太空机器人来完成这些特殊的任务是可实现的。本文完成了某空间机械臂末端执行器闭锁装置结构设计与分析。该末端执行器闭锁装置用来实现有效载荷的抓取并通过电子连接器的插接来实现被抓取有效载荷信息的传递。本文首先参考了传统末端执行器闭锁装置的设计思想,并根据航天产品质量轻、强度大、耗能小、稳定性好和末端执行器闭锁装置的的具体设计要求,在静力学基础完成了末端执行器闭锁装置方案和结构设计。其次,利用虚拟样机运动仿真软件COSMOSMotion对末端执行器闭锁装置的闭锁插接过程进行仿真,验证了末端执行器闭锁装置有效载荷的抓取和电子连接器插接的可行性。最后,对末端执行器闭锁装置进行运输和发射过程等各种环境下的动力学分析,验证设计方案的可靠性。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题来源
  • 1.2 课题研究目的与意义
  • 1.3 末端执行器国内外研究现状
  • 1.3.1 航天器遥控操作系统末端执行器
  • 1.3.2 ROTEX末端执行器
  • 1.3.3 欧洲航天局航天飞机计划及其末端执行器
  • 1.3.4 ETS-Ⅶ星末端执行器
  • 1.3.5 空间站遥控机械臂系统末端执行器
  • 1.3.6 美国末端执行器
  • 1.3.7 欧洲机械臂末端执行器
  • 1.4 论文主要研究内容
  • 第2章 末端执行器闭锁装置方案及结构设计
  • 2.1 末端执行器用途及与机械臂关系
  • 2.2 末端执行器闭锁装置方案及结构设计
  • 2.2.1 末端执行器闭锁装置设计要求
  • 2.2.2 末端执行器闭锁装置方案设计
  • 2.2.3 功能及结构特点比较
  • 2.2.4 末端执行器闭锁装置零部件结构设计
  • 2.3 末端执行器闭锁装置零部件结构分析
  • 2.3.1 重要零部件静强度分析
  • 2.3.2 关键零部件的优化分析
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 末端执行器闭锁装置闭锁工作仿真
  • 3.1 虚拟样机仿真概述
  • 3.2 虚拟样机动态仿真软件COSMOSMotion简介
  • 3.3 末端执行器闭锁装置闭锁插接过程仿真
  • 3.4 仿真结果分析
  • 3.4.1 闭锁操纵杆运动特性分析
  • 3.4.2 末端执行器闭锁装置传动系统运动特性分析
  • 3.4.3 驱动转矩测试
  • 3.4.4 丝杆、张力架、闭锁操纵杆质心位置分析
  • 3.4.5 丝杆受力分析
  • 3.4.6 恢复弹簧受力分析
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 末端执行器闭锁装置动力学分析
  • 4.1 动力学特性分析
  • 4.1.1 用有限元法进行模态分析理论基础
  • 4.1.2 重要零部件模态分析
  • 4.2 动力学响应分析
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

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