[發(fā)明專利]空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711386664.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN108153957A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;曹曉瑞;周曉麗;陳永強(qiáng);穆星科;譚玨;康軍;陳洪波;滿益明;沈重;朱紅;李小艷;黃喜元;陳尚;周正陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 范曉毅

本發(fā)明公開了一種空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。其中，該方法包括以下步驟：采用三維軟件對(duì)七自由度機(jī)械臂進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，獲得運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)得到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的角速度和角加速度；對(duì)七自由度機(jī)械臂建立機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型，并將運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)添加到機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型得到機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型中的各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源；根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，得到機(jī)械臂對(duì)飛行起本體各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的干擾力及力矩以及機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的受力。本發(fā)明縮短了設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)鏈條和周期，快速開展迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)，規(guī)避了復(fù)雜的控制算法，極大地提高了工作效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間機(jī)構(gòu)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)

空間機(jī)械臂在空間在軌執(zhí)行抓捕、維修等任務(wù)中發(fā)揮著重要作用，在運(yùn)動(dòng)過程中受抓捕對(duì)象位置不確定性及周邊設(shè)備的限制，其運(yùn)動(dòng)范圍、抓捕方式如按照常規(guī)解算方法會(huì)導(dǎo)致機(jī)械臂的控制難度增大，路徑規(guī)劃解算復(fù)雜，無法及時(shí)獲得有效數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題提出一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃及可變參數(shù)的動(dòng)力學(xué)仿真設(shè)計(jì)方法，并以七自由度機(jī)械臂為例，通過既定參數(shù)的調(diào)整可快速獲得機(jī)械臂的路徑規(guī)劃，并通過路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)仿真，實(shí)現(xiàn)了快速獲得機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)路徑參數(shù)和機(jī)械臂各項(xiàng)力和力矩及干擾參數(shù)等。該成果可為總體方案的選擇、設(shè)計(jì)、分析提供參考依據(jù)，極大地縮短了設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)鏈條和周期，快速開展迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)。

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法、系統(tǒng)及存儲(chǔ)介質(zhì)，縮短了設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)鏈條和周期，快速開展迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)，規(guī)避了復(fù)雜的控制算法，極大地提高了工作效率。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法，所述方法包括以下步驟：步驟一：采用三維軟件對(duì)七自由度機(jī)械臂進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真，獲得運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)得到機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的角速度和角加速度；步驟二：對(duì)七自由度機(jī)械臂建立機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型，并將步驟一中的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)添加到機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型得到機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真ADAMS模型中的各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源；步驟三：根據(jù)步驟二中的各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，得到機(jī)械臂對(duì)飛行器本體各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的干擾力及力矩以及機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的受力。

上述空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法中，在步驟一中，運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)為每個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角的角度。

上述空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法中，在步驟一中，三維軟件為CATIA軟件。

上述空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法中，在步驟一中，采用三維軟件對(duì)七自由度機(jī)械臂進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真包括：采用三維軟件對(duì)七自由度機(jī)械臂建立空間七自由度機(jī)械臂CATIA機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型；對(duì)空間七自由度機(jī)械臂CATIA機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真。

上述空間機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真分析方法中，空間七自由度機(jī)械臂CATIA機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型包括第一電機(jī)、第一連桿、第二電機(jī)、第二連桿、第三電機(jī)、第三連桿、第四電機(jī)、第四連桿、第五電機(jī)、第五連桿、第六電機(jī)、第六連桿、第七電機(jī)和第七連桿；其中，第一連桿的一端嵌設(shè)于第一電機(jī)，另一端與第三電機(jī)關(guān)節(jié)連接；第三連桿的一端嵌設(shè)于第三電機(jī)，另一端與第四連桿的一端固定連接；第四連桿的另一端嵌設(shè)于第四電機(jī)；第五連桿的一端嵌設(shè)于第五電機(jī)，另一端與第四電機(jī)關(guān)節(jié)連接；第六連桿的一端嵌設(shè)于第六電機(jī)，另一端與第五電機(jī)關(guān)節(jié)連接；第七連桿的一端嵌設(shè)于第七電機(jī)，另一端與第六電機(jī)關(guān)節(jié)連接；機(jī)械爪與第七電機(jī)關(guān)節(jié)連接。