空间机械臂动力学与控制

第1章 绪论 1.1 空间机械臂主要用途、工作环境和基本要求 1.1.1 空间机械臂的主要用途 1.1.2 空间机械臂的特点和基本要求 1.1.3 空间机械臂的发展历程 1.2 空间机械臂主要类型及任务需求 1.2.1 航天器舱外机械臂 1.2.2 航天器舱内机械臂 1.2.3 地外天体探测机械臂 1.2.4 空间机械臂关节概况 1.3 国外空间机械臂典型任务计划 1.3.1 凤凰计划 1.3.2 蜻蜓项目 1.3.3 空间机械臂典型任务汇总 第2章 空间机械臂运动学 2.1 拓扑结构数学描述 2.1.1 刚体位置描述 2.1.2 刚体方位描述 2.1.3 刚体位姿描述 2.1.4 坐标变换 2.2 坐标系定义 2.3 空间机械臂运动学问题 2.3.1 正运动学问题 2.3.2 逆运动学问题 2.4 空间机械臂运动规划 2.4.1 规划问题描述 2.4.2 运动轨迹选取 2.4.3 关节空间运动规划 2.4.4 笛卡儿空间运动规划 2.4.5 冗余机械臂避关节极限和避奇异 第3章 关节动力学建模与分析 3.1 关节建模方法 3.1.1 基于简化模型的关节动力学建模方法 3.1.2 基于精细模型的关节动力学建模方法 3.2 刚性支承定轴齿轮系动力学建模与分析 3.2.1 刚性支承定轴齿轮系动力学建模 3.2.2 齿侧间隙的描述 3.2.3 刚性支承定轴齿轮系动态特性分析 3.3 弹性支承齿轮系动力学建模与分析 3.3.1 弹性支承轴齿轮系动力学建模 3.3.2 动力学仿真与模型验证 3.4 行星齿轮动力学建模与分析 3.4.1 行星齿轮纯扭转动力学一般模型 3.4.2 时变啮合刚度求解 3.4.3 啮合阻尼的计算 3.4.4 啮合误差的描述 3.4.5 啮合频率的计算 3.4.6 行星齿轮动力学仿真与分析 3.5 关节动力学模型建模 3.5.1 关节动力学建模 3.5.2 关节动力学频域仿真与分析 3.6 小结 第4章 空间机械臂多体动力学 4.1 空间机械臂多体动力学建模方法 4.1.1 柔性多体系统动力学发展概述 4.1.2 大型空间机械臂多体动力学建模方法 4.2 空间机械臂多体动力学建模 4.2.1 系统组成 4.2.2 运动学建模 4.2.3 动力学建模 4.3 关节/臂杆全柔性多体动力学建模 4.4 空间机械臂多体动力学仿真 4.4.1 两臂杆空间机械臂系统动力学模型 4.4.2 动力学仿真与分析 4.5 小结 第5章 空间机械臂复杂末端执行器动力学 5.1 空间机械臂复杂末端工作原理 5.1.1 捕获模块组成及工作原理 5.1.2 拖动模块组成及工作原理 5.1.3 锁紧模块组成及工作原理 5.2 复杂接触面接触碰撞动力学建模方法 5.2.1 Hertz碰撞模型 5.2.2 阻尼力碰撞模型 5.2.3 三维鬃毛摩擦模型 5.2.4 ADAMS软件的摩擦模型 5.3 柔性钢丝绳软捕获碰撞建模 5.3.1 几何建模与碰撞检测 5.3.2 钢丝绳与捕获杆的碰撞力建模 5.3.3 软捕获过程的动力学建模 5.4 复杂末端动力学模型验证 第6章 空间机械臂控制 6.1 空间机械臂控制架构设计 6.1.1 架构形式 6.1.2 总线设计 6.1.3 工作模式设计 6.2 电机伺服控制 6.2.1 永磁同步电机的空间矢量驱动控制方法 6.2.2 直流无刷电机的驱动控制方法 6.3 空间机械臂运动控制 6.3.1 独立关节控制 6.3.2 计算转矩控制 6.3.3 滑模变结构控制 6.4 空间机械臂力控制 6.4.1 阻抗控制 6.4.2 阻抗控制仿真 第7章 空间机械臂动力学与控制仿真实例 7.1 空间机械臂仿真模型验证 7.1.1 空间机械臂仿真模型验证流程与准则 7.1.2 某空间机械臂整臂仿真模型验证 7.2 空间机械臂悬停捕获仿真 7.2.1 视觉跟踪仿真 7.2.2 末端捕获仿真 7.3 空间机械臂辅助舱段对接仿真 7.3.1 空间机械臂辅助舱段对接过程描述 7.3.2 空间机械臂辅助舱段对接初始条件 7.3.3 空间机械臂辅助舱段对接控制策略 7.3.4 空间机械臂辅助舱段对接仿真与分析 第8章 空间机械臂技术发展展望 8.1 空间机械臂在未来在轨任务中的应用展望与挑战 8.2 空间机械臂在未来月球与深空探测任务中的应用展望与挑战 参考文献