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    [原創] 空間站7自由度機械臂機構簡圖和運動仿真

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    發表于 2021-9-7 08:25:36 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

    開始本篇文字前,先來看幾張網絡上空間站機械臂的動圖,見圖1,圖2,圖3。



    圖1 機械臂進行艙表爬行轉移(圖片來源于網絡)




    圖2 機械臂轉位實驗艙開展空間站建造任務(圖片來源于網絡)




    圖3 機械臂輔助航天員出艙活動(圖片來源于網絡)



    分析上面機械臂的機構,在草圖中繪制圖4所示的機械臂機構簡圖。



    圖4 機械臂機構簡圖



    從機構簡圖可以看出,機械臂左右對稱,兩末端的藍色點表示末端執行器的原點,其余7個藍色點則是7個旋轉副的原點。


    為了仿真需要,圖4簡圖中間的運動副上有一個額外的洋紅色豎直線,用于創建輔助連桿,下面文字會講到具體用途。


    根據圖4模型,在運動仿真模塊,創建連桿(9個連桿),其中8個是機械臂部件連桿,1個是輔助連桿(洋紅色豎直線);創建運動副(8個旋轉副+1個平行副),其中7個旋轉副是由機械臂相鄰部件兩兩構成,還有1個旋轉副,則是由輔助連桿與其任意一側相鄰的連桿構成,并且該連桿與大地構成1個平行副。


    不考慮輔助連桿和輔助旋轉副,平行副的情況下,若左側的執行器與基座鎖定連接,此時機械臂有7個自由度,我們通過給右側執行器添加連桿驅動,約束機械臂6個自由度,此時機械臂還剩1個自由度,從圖4可以看出,當左右兩端的執行器均固定時,此時機械臂中段兩連桿仍能沿著X軸轉動,而添加了平行副的輔助連桿,始終沿著絕對坐標系的Z軸豎直向上(限定了其繞X和Y軸的運動),豎直向上的輔助連桿通過旋轉副與機械臂中間運動副相連,限定了機械臂中段兩連桿沿X軸旋轉的自由度,使得整個機械臂全約束。


    執行器要在空間實現6自由度控制,則需要使執行器能沿X,Y和Z軸平移,且能繞X,Y和Z軸旋轉,接下來我們按這個思想,在Excel表格中規劃機械臂執行端的仿真路線和動作,如圖5所示。



    圖5 Excel表格中規劃的執行器的路線和動作數據



    這里說明一下,左執行器的坐標數據,其坐標系原點是左執行器的原點,右執行器的坐標數據,其坐標系原點是右執行器的原點。


    在Excel中利用其函數可以合成AFU函數和step函數,用于通過函數控制左右兩執行器的動作,實現規劃的路線和動作,如圖6所示。



    圖6 Excel表格合成的AFU函數和step函數



    對左右執行器分別添加連桿驅動,并按Excel表格的規劃,創建對應的函數,并將Excel合成出的函數粘貼至對應的函數編輯器中。


    給出解算方案,時間為23s,步數為230,重力方向為-ZC。


    求解,并查看動畫進行驗證,如圖7所示。



    圖7 機械臂兩執行器在空間按規劃的路線和動作進行運動



    Ps:圖7中的除機械臂模型外,其余的線條和點均為方便觀察機械臂的仿真運動而創建,另外本案例所講驅動采用連桿驅動,源文件同時也采用了3柱面副驅動的方式,仿真結果一樣,詳情可以參閱源文件。


    SpaceArm.rar (263 Bytes, 下載次數: 48)


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    發表于 2021-9-7 09:15:02 | 只看該作者
    我的程度就只能畫出大佬用來示意的這個草圖
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    發表于 2021-9-7 09:26:03 | 只看該作者
    如果某天我們人類能實現把意識轉移到機器人上  那么人類的壽命問題 知識的積累問題   個體應為壽命限制能達到的高度 以及 能量補充問題 生存環境適應問題 都能夠解決  人人都是科學家   遨游太空 去任何一個星球居住都有可能
    用三體里的話說 叫做“上岸” 話說科學+科幻寫出來的東西真是可怕 我至今沒有勇氣去看第二遍
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    發表于 2021-9-7 17:56:52 | 只看該作者
    很棒的仿真,謝謝分享!
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    發表于 2021-9-9 14:54:52 | 只看該作者
    E:\0UG\太空機械臂大哥,這是什么情況

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    發表于 2021-9-11 15:10:55 | 只看該作者
    看了這個,我又找到我的目標了,膜拜!
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    發表于 2021-9-16 10:21:17 | 只看該作者
    打不開呀,有大哥知道為啥嗎

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