《欠驅動索桿桁架式機械手爪及其模糊控制方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉榮強擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：欠驅動索桿桁架式機械手爪及其模糊控制方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉榮強
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著太空活動和空間探測任務的增加，對太空飛行器進行在軌服務與維護、捕獲非合作目標等任務需求越來越迫切，需要套用各種空間機械手爪。本項目提出一種具有形狀自適應的索桿桁架式欠驅動機械手爪，該手爪由若干個繩驅動四桿機構聯接而成，採用模組化結構，可擴展為大尺度空間用機械手爪。欠驅動機構減少了驅動裝置，有利於減輕機構重量、降低結構複雜度、減少能耗，對目標物體形狀具有良好的自適應能力，在捕獲時不要求感知目標物體的精確空間位置和幾何形狀，具有廣闊的空間套用前景。目前圍繞欠驅動機構的動力學耦合與奇異、系統可控性與控制方法等方面的研究尚不成熟，還存在著重要的理論問題和技術難點,因此本項目將圍繞欠驅動機械手爪的創新設計、運動學及動力學建模與分析、可控性與控制方法、樣機研製與實驗等方面開展研究工作。本項目旨在欠驅動機械手爪的創新設計與控制方法方面取得突破性進展，為新型空間機械手爪的實際套用提供理論依據與技術成果。
結題摘要
自適應欠驅動機械手爪可用於捕獲空間非合作目標、清理太空垃圾、摧毀敵方衛星等任務，與全驅動機械手相比具有驅動組件數量少、質量輕、結構簡單等優點，需要突破自適應欠驅動機械手爪構型創新設計、自適應特性分析、控制方法、系統集成等理論與技術。 本項目設計了一種具有形狀自適應的欠驅動索桿桁架式機械手爪，建立了多自由度欠驅動索桿桁架式機械手的通用動靜力學模型，分析了欠驅動機械手的形狀自適應性、力的自適應性機理；建立了多自由度欠驅動索桿桁架式機械手的剛柔耦合非線性動力學模型，分析了欠驅動機械手動力學耦合與奇異機理。 分析了欠驅動索桿桁架機構的平衡點分布及其可控性，進行了Type-2模糊控制方法研究，並設計了囊括輸入力不確定性的用以實現最優抓持力控制策略的Type-2控制器並進行了仿真驗證。揭示了系統參數對系統可控性與機械手運動控制策略的影響機理。 研製了2套欠驅動索桿桁架式機械手原理樣機。其中，2013-2014年度設計並研製了一種具有5-DOF的欠驅動機械手指原理樣機（1號機），2015-2016年度設計並研製了由3-DOF機械手指構成的兩指對稱式欠驅動機械手（2號機）。通過實驗驗證了欠驅動機械手動靜力學模型與控制方法的正確性，驗證了配置關節摩擦阻尼實現欠驅動機械手運動控制的有效性。在欠驅動機構的設計、繩輪式傳動系統等效、動力學模型建立、控制方法等方面形成理論與技術成果。 具體研究成果如下：研製了2套欠驅動索桿桁架式機械手爪原理樣機，搭建配套控制系統1套；建立了多自由度欠驅動索桿桁架機構剛柔耦合非線性動力學模型；針對繩輪傳動式欠驅動機械手，形成了動態控制方法及相關控制算法；現已發表學術論文22篇，其中SCI檢索論文8篇，EI檢索論文11篇，學位論文3篇。共申請國家發明專利3項。對照項目任務書，已超額完成項目預期研究任務。 在項目執行周期內培養碩士研究生4人、博士研究生2人，已畢業碩士研究生3人。
