机械臂悬停捕获试验移动目标设计及分析

发布时间：2025-06-21 05:41

　　对来访航天器的捕获是空间站机械臂重要在轨任务之一,为了保证机械臂在发射之后能够正常地完成该任务以及对机械臂的捕获能力进行检验,需要上天之前在地面进行多次抓捕试验。基于气悬浮技术的卫星模拟器能够在地面实验环境下对空间航天器的运动状态进行较为真实地模拟,因此在各航天大国中得到了广泛的应用。本文为配合空间机械臂的地面抓捕试验,设计研制了一种基于气浮的三自由度移动目标模拟系统,使用喷气方式控制移动目标模拟器的运动,鉴于模拟器在运动中干扰复杂的情况,设计了基于传统PID控制的模糊自适应PID控制策略,并在地面环境下利用实物抓捕试验来检验移动目标模拟系统的工作性能和控制策略的有效性。具体研究内容如下:首先对移动目标模拟系统的硬件进行了设计。详细介绍了硬件的三大组成部分,并对各部分的构成和功能进行了描述。其中,移动目标模拟器是用于模拟航天器运动的关键部分,采用单块花岗岩气浮板作为支撑机构,利用外接气源供气,提供地面的微重力模拟;伺服电机和喷气推力装置作为执行机构,用于控制适配器的旋转和驱动模拟器运动。综控平台作为控制中心,是连接外部测量系统和模拟器的关键部分,通过接受外部测量系统的位姿数据生成控制指令...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2抛物线飞机飞行轨迹示意图

图1-2抛物线飞机飞行轨迹示意图[2]行法能制造20～30s左右的失重环境，微重力环境的飞行方式分为四个阶段：平飞加速、机身跃升拉起、线飞行、俯冲拉起转平飞。NASA约翰逊航天中心通，研制出了代号为KC-135A的抛物线飞机。这款飞行，每次飞行能够提供20s<su....

图1-3KC-135A机舱中漂浮的航天员[1]

41-3KC-135A机舱中漂浮的航天员是能够对太空中微重力环境进备可重复利用能力，同时支持中航天器的尺寸和重量均会受要高度重视。因为每次微重力核的设备。浮在水中，利用所产生的浮力试验系统，其中代表性的是美工业大学研制的航天员空间模研制了基于水浮法的微重力模

图1-4美国马里兰大学的Ranger水浮试验系统

大国都建造有自己的水浮试验系统，其中代表性的是美国的Ranger试验系统[5]（如图1-4所示），哈尔滨工业大学研制的航天员空间模拟系统也使用了该方法，中科院智能机械研究所也研制了基于水浮法的微重力模拟系统[6]。

图1-5典型悬吊系统的组成

图1-5典型悬吊系统的组成[1]统有多种形式，不仅能够进行一维的直线运动，而且还能至可以支持三维空间的运动。悬吊系统的运动又可分为动。通过对不同形式的悬吊系统的灵活应用，可以对各种重力试验环境。主动补偿式悬吊系统相比被动式具有更好1.9%；被动式悬吊系统也能达到8.9%，....

本文编号：4051999