含谐波传动的非约束边界模态机械臂精度研究

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空间机械臂是完成释放、回收卫星以及空间站在轨装配、维修等多种任务的航天器重要维护工具,其末端执行器运动轨迹的精度优劣直接关系到航天工作任务的成败。现有空间机械臂多采用谐波传动作为减速机构,该减速机构会产生运动滞后效应。本文结合谐波减速器传动滞后模型,考虑关节处与载荷端边界条件对振动模态的影响,采用非约束边界柔性臂模态求解方法,得到了准确的柔性臂振动模态,给出了考虑臂杆柔性与谐波传动运动滞后的动力学方程。提出了描述输出误差的综合精度指标,利用反映臂杆柔性程度的材料弹性模量E以及反映谐波传动滞后程度的相位角Φ对柔性空间机械臂的输出特性进行了评定。根据实际工况制定精度要求,当精度指标R≥90%时即满足实际需求,得到对应的最小弹性模量Eminm=106.4GPa,为柔性机械臂的设计提供了参考。
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