多自由度双柔性杆月壤取样器-东南大学学报.PDF

第４３卷第４期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４３Ｎｏ．４ 　 ２０１３年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｊｕｌｙ２０１３ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１３．０４．０１３ 多自由度双柔性杆月壤取样器 １ １ ２ 凌　云　 宋爱国　 卢　伟 １ （东南大学仪器科学与工程学院，南京２１００９６） ２ （南京农业大学工学院，南京２１００３１） 摘要：针对小型单杆式柔性臂月壤取样器的不足，设计并实现了一种多自由度双柔性杆月壤取 样器．首先介绍了该取样器的机械结构设计，并在结构设计的基础上采用ＤＨ法则进行了多自 由度机械臂的坐标设定和运动学分析．由于该月壤取样器采用柔性的开口圆柱形薄壳杆作为其 取样臂，所以在运动学分析中加入了柔性变量，以符合实际控制精度的要求．实验证明引入柔性 变量的运动学算法能够对取样器进行满足精度要求的控制，其取样头部最大定位误差为２８ ｍｍ．多自由度双柔性杆月壤取样器在保留了小型单杆式柔性臂月壤取样器优点的基础上，提高 了工作稳定性和取样的下钻力，实验确定了双柔性杆在取样长度为７００ｍｍ时能够承受的最大 轴向力为３６４Ｎ，满足工作需求． 关键词：空间探索；月壤取样；柔性取样器；运动学控制；柔性控制 中图分类号：ＴＰ２４　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１３）０４０７４２０５ ＭｕｌｔｉＤＯＦｌｕｎａｒｓａｍｐｌｅｒｗｉｔｈｄｏｕｂｌｅｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｄ １ １ ２ ＬｉｎｇＹｕｎ　 ＳｏｎｇＡｉｇｕｏ　 ＬｕＷｅｉ １ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） ２ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｏｎｅｆｌｅｘｉｂｌｅｒｏｄｌｕｎａｒｓａｍｐｌｅｒ，ａｄｏｕｂｌｅｆｌｅｘｉ ｂｌｅｒｏｄｍｕｌｔｉｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ（ｍｕｌｔｉＤＯＦ）ｌｕｎａｒｓａｍｐｌｅｒｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｍｅ ｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ ，ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｉｓｂｕｉｌｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｔｈｅＤＨｒｕｌｅｓ．Ｓｉｎｃｅｔｈｅｏｐｅｎｉｎｇｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｓｈｅｌｌｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅｓａｍｐｌｉｎｇａｒｍ，ｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｖａｒ ｉａｂｌｅｓａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｏｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｏｓａｔｉｓｆｙｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ