空间机械臂在轨刚度计算与验证

来源：机床与液压杂志2022年第9期北京时间：

作者：毛嘉炜，贺帅，刘昌儒，吴清文，徐振邦，谢宗武，母德强

单位：中国科学院，长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院大学,中国科学院，空间光学系统在轨制造与集成重点实验室；中国科学院，长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院，空间光学系统在轨制造与集成重点实验室；中国科学院，长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院，空间光学系统在轨制造与集成重点实验室；中国科学院，长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院，空间光学系统在轨制造与集成重点实验室,中国科学院大学材料与光电研究中心；中国科学院，长春光学精密机械与物理研究所,中国科学院，空间光学系统在轨制造与集成重点实验室,中国科学院大学材料与光电研究中心；哈尔滨工业大学机电工程学院；长春工业大学机电工程学院

摘要：空间机械臂在执行空间任务时具有不同的构型，采用有限元法分析它在各构型下的基频时工作量巨大而难以实现。为此，提出一种基于柔度矩阵理论建模的计算方法并进行验证。根据机械臂结构特性建立运动学模型；提出柔度矩阵理论建模的计算方法；通过有限元仿真分析机械臂2种典型构型，验证柔度矩阵理论；对机械臂进行地面展开基频实验。结果表明：柔度矩阵计算偏差为3.4%，理论分析基频与有限元计算基频偏差为1%，验证了所提出的柔度理论建模方法对机械臂在轨基频计算的准确性；理论分析基频与实验基频偏差为7.2%，偏差主要来源于有限元仿真，满足工程上10%的偏差要求。该方法将柔度矩阵与机械臂构型相结合，能快速计算机械臂在不同构型下的基频。相对于有限元法，该方法得到较大简化，具有一定的工程应用价值。

关键词：空间机械臂在执行空间任务时具有不同的构型，采用有限元法分析它在各构型下的基频时工作量巨大而难以实现。为此，提出一种基于柔度矩阵理论建模的计算方法并进行验证。根据机械臂结构特性建立运动学模型;提出柔度矩阵理论建模的计算方法;通过有限元仿真分析机械臂2种典型构型，验证柔度矩阵理论;对机械臂进行地面展开基频实验。结果表明：柔度矩阵计算偏差为3.4%，理论分析基频与有限元计算基频偏差为1%，验证了所提出的柔度理论建模方法对机械臂在轨基频计算的准确性;理论分析基频与实验基频偏差为7.2%，偏差主要来源于有

基金资助：国家自然科学基金面上项目（11972343）