平行多连杆样品抓取机构的动力学仿真研究-动力学与控制学报.PDF

第１２卷第３期２０１４年９月 动力 学 与控 制 学报 Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．３ １６７２６５５３／２０１４／１２ ／２２０５ Ｓｅｐ．２０１４ ⑶ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＹＮＡＭＩＣＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ 平行多连杆样品抓取机构的动力学仿真研究 １，２ １，２ １，２ 李东颖 　张华 　刘汉武 （１．上海市空间飞行器机构重点实验室，上海　２０１１０９）（２．上海宇航系统工程研究所，上海　２０１１０８） 摘要　样品抓取与转移过程是深空探测的关键环节及必须的技术手段．本文研究了平行多连杆样品抓取机 构捕获样品采集器并将其转移到指定位置的动力学过程，建立了动力学方程，并通过ａｄａｍｓ软件建立了计 算模型，对整个动力学过程进行了详细的分析，对后续工作的研究和设计提供了支撑． 关键词　平行多连杆，　样品抓取，　动力学，　研究 ＤＯＩ：　１０．６０５２／１６７２６５５３２０１４０５０ 安装在目标飞行器上，对接机构完成后进行样品抓 引言 取与转移过程．平行多连杆抓取机构的功能要求是 样品抓取与转移是深空探测的主要任务之一， 对样品进行捕获，然后将其转移至安装在目标飞行 平行多连杆样品抓取机构是实现上述任务的执行 器内的返回舱内．平行多连杆抓取机构的原理图如 机构，也是最为关键的复杂系统．平行多连杆样品 图１所示，主要由抓取机构、连杆机构、驱动机构、 抓取机构是在轨道交会对接任务阶段，实现追踪飞 传动机构等组成． 行器与目标飞行器之间的对接、保持和样品转移等 任务的重要部分．在完成在轨对接之后，平行多连 杆样品抓取机构将在追踪飞行器与目标飞行器构 成的组合体飞行期间，按程序指令将样品从追踪飞 行器转移到目标飞行器，保证样品能够进入后续的 任务工作环节． 图１　平行多连杆抓取机构 平行多连杆样品抓取机构能成功捕获抓取样 Ｆｉｇ．１　ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｍｅｃｈａｎｉｃ 品，并顺利将其转移至返回舱内，是一个复杂的动 ［１］ 因两套平行多连杆抓取机构呈夹角式分布，且 力学过程 ．地面验证试验很难模拟空间零重力环 境，因此采用仿真技术建立虚拟数字样机研究整个 样品采集器不规则，在转移过程中样品势必会发生 ［２］ 翻转．为了使样品转移过程平稳安全，故在对接机 样品抓取与转移过程的动力学问题 成为关键和 主要的手段．本文以平行多连杆样品抓取机构为研 构被动件部分、主动件部分、返回舱部分均设置了 究对象，在Ａｄａｍｓ多体动力学仿真环境中建立了 能为样品提供导向功能的导向槽．通过对导向槽及 动力学仿真模型，详细分析了样品抓取与转移整个 导向槽与样品采集器之间的间隙的优化设计，可以 工作过程中的动力学特性与规律，并分析了冗余设 降低转移机构与样品之间的接触力，提高转移机构 计工况，为平行多连杆样品抓取机构的研究和设计 的动力学特性． 提供了参考作用． 转移功能的实现主要利用了连杆机构的行程 放大特性及抓取机构的单向锁紧释放特性，通过连 １　工作原理