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星球车及空间机械臂——地面运动性能测试的微低重力模拟方法及应用


作者:
高海波 刘振
定价:
129.00 元
版面字数:
330千字
开本:
16开
装帧形式:
精装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2021年
ISBN:
978-7-04-055315-4
物料号:
55315-00
出版时间:
2021-01-22
读者对象:
学术著作
一级分类:
自然科学
二级分类:
机械工程
三级分类:
机械设计及理论

宇航空间机构大多工作于微低重力场中,因而微低重力模拟成为避免航天器过载受损、确保地面实验结果有效的必要条件。由于无法长时间、大范围模拟微低重力场,因此如何准确模拟宇航空间机构在微低重力场中的运动性能成为国际航天领域公认的地面实验瓶颈问题。

哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制研究中心结合我国载人航天与探月工程等国家科技重大专项的需求,主要以星球车、空间机械臂等典型复杂宇航空间机构为对象,通过开展宇航空间机构微低重力模拟的理论与工程应用研究,提出了基于重力场-悬吊力等效转换的多自由度宇航空间机构微低重力模拟方法,发明了具有三转动自由度被动自适应功能的悬吊力等效施加机构以及悬吊点三平动自由度的高精度力位混合跟踪控制技术,研制出星球车、机械臂等复杂宇航空间机构的悬吊式微低重力模拟系统。为中国“首次火星探测任务”的火星车、“空间站核心舱”大型机械臂等型号产品的地面运动性能模拟测试提供了不可或缺的技术支撑。本书正是基于上述研究撰写的。

本书适合科研院所、高等院校从事宇航空间机构微低重力模拟研究的工程设计人员、教师以及在校研究生阅读和参考。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第1章 绪论
        • 1.1 引言
          • 1.2 星球车的工作环境
            • 1.2.1 月球车的工作环境
              • 1.2.2 火星车的工作环境
              • 1.3 空间机械臂的工作环境
                • 1.4 原有的微低重力模拟方法
                  • 1.4.1 抛物线飞行法
                    • 1.4.2 落塔法
                      • 1.4.3 去除质量法
                        • 1.4.4 气浮法
                          • 1.4.5 水浮法
                            • 1.4.6 传统悬吊法
                            • 1.5 原有微低重力模拟方法存在的问题
                              • 1.5.1 原有微低重力模拟方法的比较
                                • 1.5.2 传统悬吊法存在的问题
                                • 1.6 微低重力模拟系统组成
                                  • 1.6.1 悬吊力等效施加子系统
                                    • 1.6.2 位姿检测子系统
                                      • 1.6.3 二维跟踪控制子系统
                                        • 1.6.4 恒悬吊力控制子系统
                                        • 1.7 本章小结
                                          • 参考文献
                                          • 第2章 星球车地面运动测试的悬吊式低重力模拟方法
                                            • 2.1 引言
                                              • 2.2 星球车动力学模型的建立
                                                • 2.2.1 广义坐标的选取
                                                  • 2.2.2 轮地力轮地接触压力至广义力的映射
                                                    • 2.2.3 拉格朗日算子的构成
                                                    • 2.3 重力场–悬吊力等效转换模型的建立
                                                      • 2.3.1 悬吊力的约束条件
                                                        • 2.3.2 关节链及参数定义
                                                          • 2.3.3 关节链的重力势能
                                                            • 2.3.4 关节链的悬吊力势能
                                                              • 2.3.5 模型的表达式
                                                              • 2.4 悬吊力的解系
                                                                • 2.4.1 单关节链的悬吊力解系
                                                                  • 2.4.2 多关节链的悬吊力解系
                                                                    • 2.4.3 分叉关节链的悬吊力解系
                                                                      • 2.4.4 差速器耦合关节链的悬吊力解系
                                                                        • 2.4.5 悬吊力解系小结
                                                                        • 2.5 星球车的单索悬吊式低重力模拟方法
                                                                          • 2.5.1 单索“悬吊式低重力模拟”模型
                                                                            • 2.5.2 摇臂–转向架式六轮星球车单索悬吊的轮地接触压力分析
                                                                              • 2.5.3 六轮车单索补偿的仿真验证
                                                                                • 2.5.4 基于轮地力的悬吊力计算和校正
                                                                                • 2.6 本章小结
                                                                                • 第3章 机械臂地面运动测试的悬吊式微重力模拟方法
                                                                                  • 3.1 引言
                                                                                    • 3.2 机械臂和星球车微低重力模拟的关系
                                                                                      • 3.3 机械臂多吊点悬吊力模型的建立
                                                                                        • 3.3.1 符号定义
                                                                                          • 3.3.2 坐标系的建立及变换矩阵
                                                                                            • 3.3.3 地面测试不进行微重力模拟时悬吊力模型的建立
                                                                                              • 3.3.4 地面测试进行微重力模拟时悬吊力模型的建立
                                                                                              • 3.4 机械臂多吊点悬吊力模型的优化
                                                                                                • 3.4.1 优化模型建立
                                                                                                  • 3.4.2 优化方法分析
                                                                                                    • 3.4.3 优化过程和结果分析
                                                                                                    • 3.5 本章小结
                                                                                                      • 参考文献
                                                                                                      • 第4章 具有被动自适应功能的悬吊力等效施加机构
                                                                                                        • 4.1 引言
                                                                                                          • 4.2 星球车悬吊力等效施加机构
                                                                                                            • 4.2.1 平行全等体的性质
                                                                                                              • 4.2.2 平行吊架设计
                                                                                                              • 4.3 机械臂悬吊力等效施加机构
                                                                                                                • 4.3.1 悬吊机构原理分析
                                                                                                                  • 4.3.2 悬吊机构结构设计
                                                                                                                  • 4.4 本章小结
                                                                                                                    • 参考文献
                                                                                                                    • 第5章 基于视觉的位姿检测方法
                                                                                                                      • 5.1 引言
                                                                                                                        • 5.2 基于视觉的位姿检测子系统总体方案
                                                                                                                          • 5.2.1 位姿检测子系统总体方案
                                                                                                                            • 5.2.2 位姿检测子系统的硬件选型与设计
                                                                                                                            • 5.3 基于视觉的位姿检测子系统的测量原理
                                                                                                                              • 5.3.1 测量数学模型
                                                                                                                                • 5.3.2 位姿解算算法
                                                                                                                                  • 5.3.3 图像特征点坐标定位算法
                                                                                                                                  • 5.4 本章小结
                                                                                                                                  • 第6章 双层冗余二维跟踪控制方法
                                                                                                                                    • 6.1 引言
                                                                                                                                      • 6.2 二维跟踪控制子系统总体设计
                                                                                                                                        • 6.2.1 二维跟踪控制子系统方案设计
                                                                                                                                          • 6.2.2 机械结构及电气设计
                                                                                                                                          • 6.3 双层冗余的二维跟踪控制方法
                                                                                                                                            • 6.3.1 数学模型的建立
                                                                                                                                              • 6.3.2 电动机选型
                                                                                                                                                • 6.3.3 算法设计
                                                                                                                                                • 6.4 二维跟踪控制子系统性能分析
                                                                                                                                                  • 6.4.1 影响二维跟踪控制子系统精度的因素分析
                                                                                                                                                    • 6.4.2 二维控制系统仿真分析
                                                                                                                                                    • 6.5 本章小结
                                                                                                                                                      • 参考文献
                                                                                                                                                      • 第7章 主被动复合的恒悬吊力控制方法
                                                                                                                                                        • 7.1 引言
                                                                                                                                                          • 7.2 主被动复合的恒悬吊力控制子系统动力学模型
                                                                                                                                                            • 7.2.1 动力学建模及动态特性分析
                                                                                                                                                              • 7.2.2 恒悬吊力系统动力学仿真分析
                                                                                                                                                              • 7.3 恒悬吊力子系统控制算法
                                                                                                                                                                • 7.3.1 恒悬吊力子系统控制策略设计
                                                                                                                                                                  • 7.3.2 恒拉力系统开环传递函数辨识
                                                                                                                                                                    • 7.3.3 恒悬吊力子系统带宽设计
                                                                                                                                                                      • 7.3.4 恒悬吊力子系统闭环谐振抑制分析
                                                                                                                                                                      • 7.4 恒悬吊力子系统测试
                                                                                                                                                                        • 7.4.1 弹簧、扭杆刚度测定
                                                                                                                                                                          • 7.4.2 阶跃激励响应测试
                                                                                                                                                                            • 7.4.3 匀速、匀加速激励响应测试
                                                                                                                                                                              • 7.4.4 正弦激励响应测试
                                                                                                                                                                                • 7.4.5 漂浮载荷激励测试
                                                                                                                                                                                • 7.5 本章小结
                                                                                                                                                                                  • 参考文献
                                                                                                                                                                                  • 第8章 火星车低重力模拟系统研制
                                                                                                                                                                                    • 8.1 系统总体要求
                                                                                                                                                                                      • 8.2 位姿检测子系统
                                                                                                                                                                                        • 8.2.1 子系统总体设计
                                                                                                                                                                                          • 8.2.2 位姿检测子系统可靠性分析
                                                                                                                                                                                          • 8.3 二维跟踪控制子系统
                                                                                                                                                                                            • 8.3.1 子系统总体设计
                                                                                                                                                                                              • 8.3.2 机械设计
                                                                                                                                                                                                • 8.3.3 电气设计
                                                                                                                                                                                                • 8.4 恒悬吊力控制子系统
                                                                                                                                                                                                  • 8.4.1 子系统总体设计
                                                                                                                                                                                                    • 8.4.2 机械设计
                                                                                                                                                                                                      • 8.4.3 电气设计
                                                                                                                                                                                                      • 8.5 悬吊力等效施加机构
                                                                                                                                                                                                        • 8.5.1 悬吊力等效施加机构的组成
                                                                                                                                                                                                          • 8.5.2 吊点的位置调节
                                                                                                                                                                                                          • 8.6 系统总成
                                                                                                                                                                                                            • 8.7 本章小结
                                                                                                                                                                                                            • 第9章 七自由度大型机械臂微重力模拟系统研制
                                                                                                                                                                                                              • 9.1 功能要求及性能指标要求
                                                                                                                                                                                                                • 9.2 总体方案设计
                                                                                                                                                                                                                  • 9.3 位姿检测子系统
                                                                                                                                                                                                                    • 9.3.1 位姿检测子系统功能
                                                                                                                                                                                                                      • 9.3.2 位姿检测子系统方案
                                                                                                                                                                                                                        • 9.3.3 位姿检测子系统精度分析
                                                                                                                                                                                                                        • 9.4 二维跟踪控制子系统
                                                                                                                                                                                                                          • 9.4.1 二维跟踪控制子系统功能和要求
                                                                                                                                                                                                                            • 9.4.2 二维跟踪子系统设计
                                                                                                                                                                                                                            • 9.5 恒悬吊力控制子系统
                                                                                                                                                                                                                              • 9.5.1 系统功能
                                                                                                                                                                                                                                • 9.5.2 恒悬吊力控制子系统方案
                                                                                                                                                                                                                                  • 9.5.3 控制精度的影响因素分析
                                                                                                                                                                                                                                  • 9.6 悬吊力等效施加机构
                                                                                                                                                                                                                                    • 9.6.1 悬吊力等效施加机构功能
                                                                                                                                                                                                                                      • 9.6.2 悬吊力等效施加机构方案设计
                                                                                                                                                                                                                                      • 9.7 系统总成
                                                                                                                                                                                                                                        • 9.8 本章小结
                                                                                                                                                                                                                                        • 索引

                                                                                                                                                                                                                                        相关图书