考虑关节刚度的空间机械臂的精度分析与系统设计的误差分配方法研究

admin · 发表于 2024-1-22 09:15:14

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我国即将搭建自己的空间站，空间机械臂是必不可少的。其中精度设计是机械臂总体设计的重要内容。然而，鲜有文献系统地介绍空间机械臂的关键零部件精度设计方法。本论文的研究目的就是建立机械臂的关键零部件与机械臂末端的精度模型，为大型空间机械臂精度设计提供系统的理论依据和精度分析工具，并用于机械臂的精确定位和控制。本文分两个层次来建立机械臂精度模型：一是考虑关节关键零部件刚度和制造装配误差影响的关节精度模型；一是关节与机械臂整体的精度模型。在两个层面上分别进行关节与机械臂整体的误差分析和精度逆向分配设计研究。在关节精度模型方面，建立了关节关键零部件刚度、制造和装配误差与关节转角精度和转轴偏差之间的数学模型，提出了关节精度设计方法。首先，参照悬臂梁模型，提出了更为准确的直齿圆柱渐开线齿轮的啮合刚度模型。其次，参照国家标准进一步建立了考虑载荷影响和行星齿轮系中并联齿轮影响因素的关节传动误差模型。并考虑转轴偏差，提出了更为精确的关节精度建模方法。最后，建立了关节精度设计的成本与精度指标之间的非线性最优化模型，并给出了简明的关节精度逆向分配设计方法。在机械臂的整体精度模型方面，依据五参数DH模型推导了机械臂末端位置误差的显式计算公式。提出了衡量机械臂末端精度的指标，即给定关节转角范围和关节精度范围时机械臂末端最大的位置误差。进而提出了该指标的两种计算方法：线性约束最优化模型；基于最远距离原则的搜索方法。最后，建立了机械臂精度逆向分配的非线性约束最优化模型，并提出了简便有效的精度逆向分配方法。根据本文提出的机械臂精度模型，编写了机械臂精度分析软件，并对一系列实例进行计算分析研究，同时利用其它方法对本文所提出的精度模型进行了验证，充分证明了本文所建立的精度模型和所设计的分析软件的有效性。

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