1鄭州理工職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與控制學(xué)號(hào)：XXXX姓名：XXX專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXXX指導(dǎo)老師：20xx年xx月xx日機(jī)械手、高標(biāo)準(zhǔn)精度運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂,隨著當(dāng)前我國(guó)航空科學(xué)技術(shù)研究和工程技術(shù)理論基礎(chǔ)的不斷進(jìn)步，空間站上關(guān)節(jié)臂和子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)理念將不斷得到進(jìn)一步的研究拓展和不斷完善。參考文獻(xiàn)[1]黃慶會(huì).空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)控制設(shè)計(jì)探究[J].科技風(fēng),2019(25):155.D01:10.19392/ki.1671-7341.201925139.[2]吳世楠.七自由度冗余操控臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其實(shí)驗(yàn)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019.DOT:10.27061/ki.ghgdu.2019.004537.[3]劉守琦.淺析空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與控制[J].東西南北,2019(06):164.[4]楊永.空間機(jī)械臂減速機(jī)構(gòu)故障診斷方法研究[D].江蘇大學(xué),2018.[5]牛曉玲.空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)控制設(shè)計(jì)探討[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017,46(07):46-49.[6]李敏.空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)控制設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].世界有色金屬，2017(08):230+232.[7]呂曉軍.空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)及控制[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2016(11):29+31.D01:10.16107/ki.mmte.2016.0922.致謝經(jīng)過(guò)了兩個(gè)多月的努力，我最后完成了論文的寫(xiě)作。從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。我的這個(gè)這次論文教學(xué)研究我的作品不是很成熟,還有很多不足之處。但是這次自己努力做一個(gè)優(yōu)秀論文的這次研究經(jīng)歷真的能夠幫助使我自己可以得到終身深刻的的受益。我切身感受和感覺(jué)看到了真正要自己做一個(gè)好的論文教學(xué)研究也就是我們自己要真真正正的要用心用意識(shí)的去努力所要做的一件件好做的事情，是真正的自己不斷努力學(xué)習(xí)的一個(gè)起步過(guò)程和自己教學(xué)研究的一個(gè)進(jìn)步過(guò)程，沒(méi)有自己努力學(xué)習(xí)就不會(huì)很難有可能不斷的具有一個(gè)論文教學(xué)研究的巨大發(fā)展?jié)摿Γ瑳](méi)有自己的努力進(jìn)行研究，就不會(huì)真的能夠不斷有所突破，那也就不會(huì)很可能這么叫做自己做一個(gè)論文了。我也非常期望這次的這個(gè)論文研究經(jīng)歷能夠有很多可能真的能夠幫助讓我在以后我的論文學(xué)習(xí)中我也能夠得到激勵(lì)我們并能夠繼續(xù)不斷進(jìn)步。空間機(jī)械臂機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與控制摘要：空間站機(jī)械臂系統(tǒng)是空間站作為非常關(guān)重的組成部分，一般把機(jī)械臂列為空間站關(guān)鍵技術(shù)之一。課題以機(jī)械臂研制技術(shù)要求和系統(tǒng)功能配置方案需求為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究機(jī)械臂關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與控制問(wèn)題。空間站機(jī)械臂系統(tǒng)由核心艙機(jī)械臂、實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)部運(yùn)動(dòng)機(jī)械臂、兩臂關(guān)節(jié)部分共同組成，盡管兩臂部分執(zhí)行不同任務(wù)基本功能控制需求各自之間具有很大功能差異，但是兩臂執(zhí)行基本功能需求組成相同，各由7個(gè)大型運(yùn)動(dòng)大臂關(guān)節(jié)、2個(gè)小型運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)臂桿、2個(gè)運(yùn)動(dòng)大臂的最末端一個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)效應(yīng)器以及一個(gè)用于視覺(jué)上的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)控制技術(shù)系統(tǒng)部分組成。一體化控制模塊化自動(dòng)關(guān)節(jié)控制作為整個(gè)空間專(zhuān)用機(jī)械臂的重要功能組成的一部分，其功能集成度與機(jī)械智能化應(yīng)用程度直接相聯(lián)關(guān)系著整個(gè)空間專(zhuān)用機(jī)械臂自動(dòng)控制的精確度和程度，這些也是國(guó)內(nèi)空間專(zhuān)用機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域一直都在努力研究的熱點(diǎn)課題。目前國(guó)內(nèi)雖然在開(kāi)展空間專(zhuān)用機(jī)械臂控制關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)研制應(yīng)用方面已經(jīng)做了很多研究工作，但均仍然停留在臨床實(shí)驗(yàn)室研究階段。根據(jù)大型空間站整體建設(shè)的實(shí)際任務(wù)以及需求,在大型空間站的整體搭建與日常維護(hù)等諸多大型空間使用活動(dòng)中，都非常離不開(kāi)新型空間專(zhuān)用機(jī)械臂的共同參與,因此我們有必要積極開(kāi)展新型空間專(zhuān)用機(jī)械臂活動(dòng)關(guān)節(jié)的應(yīng)用相關(guān)技術(shù)研究，為未來(lái)實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂提供一種高智能化程度、高集成度、高可靠性、結(jié)構(gòu)緊湊且能適應(yīng)空間環(huán)境的空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)。關(guān)鍵詞：空間站，機(jī)械臂，關(guān)節(jié)，控制DesignandcontrolofMmechanicaljointAbstract:Thespacestationroboticarmsystemisaverycriticalcomponentofthespacestation,generallylistingthemechanicalarmasoneofthekeytechnologiesofthespacestation.Basedonthetechnicalrequirementsandsystemfunctionconfigurationrequirements,theprojectfocusesonmechanicalarmjointdesignandcontrol.Spacestationroboticarmsystemconsistsofcoremodulearm,experimentalchamberinternalmovementarm,twoarmjoint,althoughthearmsperformdifferenttasksbasicfunctioncontrolneedshavegreatfunctionaldifferences,butthetwoarmsperformbasicfunctionrequirementsofthesame,eachconsistsofsevenlargemotorjoint,2smallmovementjointarm,twomovementarmendofamotorjointeffectorandavisualmotionjointcontroltechnologysystem.Integratedcontrolmodularautomaticjointcontrolaspartoftheimportantfunctionoftheentirespacespecialmechanicalarm,itsfunctionintegrationandmechanicalintelligentapplicationdegreeisdirectlyrelatedtotheprecisionanddegreeofautomaticcontrol,thesearethedomesticspacespecialrobottechnologyhasbeentryingtostudythehottopic.Atpresent,althoughalotofresearchworkhasbeendoneinthedesign,developmentandapplicationofspacespecialmechanicalarmcontroljoint,theyarestillintheclinicallaboratoryresearchstage.Accordingtotheactualtaskandrequirementsoflargespacestationconstruction,intheoverallconstructionoflargespacestationanddailymaintenanceandmanyotherlargespaceuseactivities,areveryinseparablefromthenewspacespecialmechanicalarmjointparticipation,soitisnecessarytoactivelycarryoutthenewspacespecialmechanicalarmjointapplicationtechnologyresearch,providefuturelaboratoryarmwithahighintelligentdegree,highintegration,highreliability,compactstructureandcanadapttospacemechanicalarmjoint.Keywords:Spacestation,roboticarmjoints,control錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。11錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1課題的目的及意義2錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。..錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。TOC\o"1-5"\h\z國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。..錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及安排.??.2、機(jī)電一體化關(guān)節(jié)總體方案2.1空間機(jī)械臂方案及組成..2.2功能需求分析22.3關(guān)節(jié)總體方案3\o"CurrentDocument"3、關(guān)節(jié)控制研究33.1機(jī)械臂控制結(jié)構(gòu)43.2機(jī)械臂操作控制流程43.3關(guān)節(jié)控制模式43.4關(guān)節(jié)控制方法4\o"CurrentDocument"4、總結(jié)5參考文獻(xiàn)6致謝71、緒論L1課題的目的及意義隨著世界航天事業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)太空的探索不斷深入，未來(lái)將有大量的空間任務(wù)需要人類(lèi)來(lái)完成，如空間站的建造、空間設(shè)備的維護(hù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)載荷的照料等。由于太空環(huán)境的特殊性和目前科技水平的限制，這些任務(wù)尚不能全靠宇航員來(lái)完成。空間機(jī)械臂具有適應(yīng)微重力、高低溫交變、高輻射等太空環(huán)境的作業(yè)能力，采用空間機(jī)械臂協(xié)助或代替宇航員完成一些太空作業(yè)任務(wù)，在經(jīng)濟(jì)性和安全性方面都具有重要的意義，已經(jīng)成為空間技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重要的研究方向。隨著載人航天工程的發(fā)展，大型空間站建設(shè)己經(jīng)提上工作日程。而空間機(jī)械臂是空間站建造的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)空間站在軌組裝和在軌維護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備之01.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外研究現(xiàn)狀空間站其它艙段自動(dòng)遙控發(fā)射控制自動(dòng)機(jī)械臂發(fā)射系統(tǒng)通常簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)為ssrms,又稱(chēng)加拿大臂2。ssrms遙控系統(tǒng)主要是泛泛指在s和mss兩個(gè)遙控系統(tǒng)中最先將其先從發(fā)射臺(tái)推出并然后安裝至整個(gè)新的國(guó)際軌道一號(hào)站和空間站的。其主要工作技術(shù)點(diǎn)和功能內(nèi)容包括主要有:幫助支持一個(gè)空間站遙控設(shè)備在國(guó)際軌道的快速組裝、有效載荷及在。orus的停泊操作、支持一位美國(guó)航天員在eeeevav的身體活動(dòng)運(yùn)行方式如何及快速移送其它一位航天員至他們的所期望軌道中的正確位置。ssrms還功能可以同時(shí)用于幫助支持其它艙段遙控發(fā)射解除安裝時(shí)的快速轉(zhuǎn)移停泊和其它艙段發(fā)射解除時(shí)的快速停泊，以及與其它艙段遙控控制機(jī)械臂間在需要進(jìn)行安裝有效載荷的遙控機(jī)械臂間需要進(jìn)行快速轉(zhuǎn)移時(shí)的停泊操作。在一個(gè)發(fā)射臺(tái)上安裝一個(gè)新的spdm后,ssrms還功能可以同時(shí)用于幫助支持spdm成員進(jìn)行正確定位至他們需要進(jìn)行工作時(shí)的正確位置。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)的空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)方案主要有805所的月球車(chē)機(jī)械臂關(guān)節(jié)、哈工大的XX-4機(jī)械臂關(guān)節(jié)、北郵的機(jī)械臂原型關(guān)節(jié)等。月球車(chē)上的移動(dòng)機(jī)械臂作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)節(jié)的主要姿態(tài)運(yùn)動(dòng)保持功能之一也就是實(shí)現(xiàn)可以同時(shí)執(zhí)行3個(gè)不同運(yùn)動(dòng)自由度的不同運(yùn)動(dòng)角度定向姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)和固定臂部位置定向姿態(tài)運(yùn)動(dòng)保持，從而使得可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)月球車(chē)上機(jī)械臂的臂部前端定向展開(kāi)和固定臂部后端收攏位置運(yùn)動(dòng)保持功能、定位移動(dòng)位置姿態(tài)保持等等運(yùn)動(dòng)功能。該車(chē)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)無(wú)刷電機(jī)、諧波電流驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)減速器、旋轉(zhuǎn)電流驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)變壓器、軸承等部分共同構(gòu)成。為了有效地地減輕每個(gè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的最大運(yùn)動(dòng)量和重量，機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用三軸式的分體式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電機(jī)的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)定子與直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)節(jié)共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)殼體,轉(zhuǎn)子的兩個(gè)主軸即為直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)節(jié)的直流換向保護(hù)傳動(dòng)軸，并共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)軸承。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)無(wú)刷電機(jī)通過(guò)直接利用?個(gè)放置于直流驅(qū)動(dòng)無(wú)刷電機(jī)內(nèi)部的霍爾傳感式元器件系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)換向，具有驅(qū)動(dòng)電機(jī)直流驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)換向保護(hù)能力強(qiáng)，體積小、重量輕,過(guò)載安全保護(hù)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)等主要運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。L3設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及安排本課題技術(shù)關(guān)鍵課題基礎(chǔ)研究中所涉及的電動(dòng)控制關(guān)節(jié)主要就是應(yīng)用于當(dāng)前我國(guó)大型空間站用的專(zhuān)用大型機(jī)械臂，研究的關(guān)犍技術(shù)課題總體目標(biāo)主要任務(wù)是盡快研究突破當(dāng)前我國(guó)大型空間站用圓形機(jī)械臂大型機(jī)電設(shè)備專(zhuān)用一體化電動(dòng)控制關(guān)節(jié)功能設(shè)計(jì)的一些重要關(guān)鍵技術(shù)和功能設(shè)計(jì)應(yīng)用難點(diǎn)，研制出能滿足當(dāng)前我國(guó)大型空間站用大型機(jī)械臂各種功能設(shè)計(jì)應(yīng)用需求的大型高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)負(fù)載、高精度運(yùn)動(dòng)控制精度、可以作用于零件維修、易于作用于零件更換的新型專(zhuān)用全尺寸機(jī)電專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備一體化電動(dòng)控制關(guān)節(jié)。目前空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)主要存在的技術(shù)難點(diǎn)有：(1)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)/傳動(dòng)/制動(dòng)機(jī)構(gòu)與電氣控制系統(tǒng)分別獨(dú)立設(shè)計(jì)，造成關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)與控制系統(tǒng)間接線復(fù)雜，系統(tǒng)集成度與可靠性低；(2)為滿足機(jī)械臂末端操作需求，關(guān)節(jié)需要有較高的控制精度；(3)空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)中由于采用了諧波減速器、力矩傳感器等柔性元件，使得機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到外力干擾及停止時(shí)，將會(huì)引起機(jī)械臂的振動(dòng)，必須研究相應(yīng)的撓性振動(dòng)抑制算法。針對(duì)上述兩個(gè)重點(diǎn)研究問(wèn)題，本重點(diǎn)研究課題的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)研究以及重點(diǎn)工作內(nèi)容主要包括為:重點(diǎn)研究突破開(kāi)展采用控制體積小、質(zhì)量輕、精度高、負(fù)載大的各類(lèi)專(zhuān)用機(jī)械空間站和專(zhuān)用機(jī)械臂以及專(zhuān)用站等關(guān)節(jié)的機(jī)電復(fù)合振動(dòng)設(shè)計(jì)一體化控制功能以及集成抑制振動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)控制相關(guān)技術(shù)，為今后實(shí)現(xiàn)專(zhuān)用空間站相關(guān)專(zhuān)用站和機(jī)械臂的精確集成振動(dòng)設(shè)計(jì)控制打下基礎(chǔ)；2、機(jī)電一體化關(guān)節(jié)總體方案空間機(jī)械臂方案及組成空間站實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂主要由關(guān)節(jié)及驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)、末端效應(yīng)器子系統(tǒng)、視覺(jué)子系統(tǒng)、移動(dòng)基座子系統(tǒng)、末端作業(yè)工具子系統(tǒng)、在軌操作控制子系統(tǒng)、地面遙操作控制平臺(tái)共8部分構(gòu)成。關(guān)節(jié)及驅(qū)動(dòng)控制子系統(tǒng)由7個(gè)關(guān)節(jié)及其驅(qū)動(dòng)控制器組成，7個(gè)關(guān)節(jié)分別安裝在機(jī)械臂的肩部、肘部與腕部，分別為肩滾轉(zhuǎn)、肩偏航、肩俯仰、肘俯仰、腕俯仰、腕偏航、腕滾轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。這些關(guān)節(jié)與臂桿和末端效應(yīng)器連接，通過(guò)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂三維空間運(yùn)動(dòng)。2功能需求分析.1系統(tǒng)的任務(wù)目標(biāo)：(1)協(xié)助我國(guó)空間站的建造、維護(hù)、等基礎(chǔ)任務(wù)的完成(2)為航天員提供援助以增強(qiáng)其行動(dòng)能力和安全性，減少其出艙次數(shù)；(3)最大限度降低航天員作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行環(huán)境的安全檢查；通過(guò)對(duì)帶動(dòng)機(jī)械臂關(guān)節(jié)總體運(yùn)動(dòng)任務(wù)性的需求和功能分析，機(jī)械臂帶動(dòng)關(guān)節(jié)子控制系統(tǒng)主要具有控制關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)速度、位置、力閉環(huán)控制三種功能，可實(shí)現(xiàn)一定機(jī)械負(fù)載和工作精度條件要求下的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng),是整個(gè)機(jī)械臂的一個(gè)主體運(yùn)動(dòng)部分,完成帶動(dòng)機(jī)械臂的多方向自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)關(guān)節(jié)還系統(tǒng)可自動(dòng)完成沒(méi)有斷電保護(hù)情況下的通電制動(dòng)。2.2.2關(guān)節(jié)主要功能：(1)為機(jī)械臂提供操作負(fù)載與驅(qū)動(dòng)能力；(2)為機(jī)械臂提供緊急制動(dòng)功能，以及結(jié)構(gòu)保護(hù)和運(yùn)動(dòng)角度限制等功能；(3)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的高精度測(cè)量和控制；(4)實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂與中央控制系統(tǒng)間的信息交互功能；(5)關(guān)節(jié)局部損壞或功能失效時(shí)，提供方便的在軌拆卸安裝接口；3關(guān)節(jié)總體方案因?yàn)闄C(jī)電結(jié)合一體化驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)系統(tǒng)需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)、制動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)過(guò)程控制、溫度檢測(cè)信號(hào)自動(dòng)采集、位置和速度運(yùn)動(dòng)響應(yīng)速度調(diào)節(jié)控制器的信號(hào)必須具有信息采集和進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊等多種重要技術(shù)功能,，同時(shí)關(guān)節(jié)的重要和體積也受到嚴(yán)格的限制，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中要克服在滿足功能要求的前提下盡可能的小型化、輕量化特點(diǎn)，并要求關(guān)節(jié)具備足夠的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性。為了克服這些難點(diǎn)，機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的集成設(shè)計(jì)步驟主要包括如下幾步：(1)以調(diào)研為基礎(chǔ)，確定機(jī)電一體化關(guān)節(jié)的整體設(shè)計(jì)方案，主要包括零部件和傳感器的選型、中心孔走線以及冗余設(shè)計(jì)方案等；(2)首先根據(jù)實(shí)際的功能要求和性能參數(shù)分配零件的性能指標(biāo)，要仔細(xì)核對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)所有位置零部件的尺寸和接口；(3)進(jìn)行關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣控制硬件的設(shè)計(jì)；(4)設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)的控制算法,并編寫(xiě)相應(yīng)的控制軟件；(5)完成關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)和相應(yīng)軟件的生產(chǎn)后，要對(duì)關(guān)節(jié)的性能和功能進(jìn)行測(cè)試。3、關(guān)節(jié)控制研究機(jī)械臂控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是完成機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)控制，針對(duì)特定的操作任務(wù)設(shè)計(jì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡，其次根據(jù)制定的運(yùn)動(dòng)軌跡，控制機(jī)械臂平穩(wěn)準(zhǔn)確地到達(dá)目標(biāo)位姿，并根據(jù)任務(wù)需要完成機(jī)械臂末端執(zhí)行器的抓捕、釋放等操作。因此，機(jī)械臂應(yīng)具有的主要運(yùn)動(dòng)控制功能包括:路徑規(guī)劃功能、力控制功能、支持手動(dòng)控制功能。機(jī)械臂控制結(jié)構(gòu)機(jī)械臂是一個(gè)6自由度位姿輸入和7自由度關(guān)節(jié)輸出的多輸入多輸出系統(tǒng),是一個(gè)復(fù)雜的串聯(lián)動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。空間站點(diǎn)機(jī)械臂系統(tǒng)具有較為輕質(zhì)和高柔性的機(jī)械本體運(yùn)動(dòng)特性,為了有效避免振動(dòng)引起空間機(jī)械臂較大的徑向振動(dòng)以及大大減小對(duì)于整個(gè)空間站點(diǎn)和基座的外力擾動(dòng),保證機(jī)械運(yùn)行控制過(guò)程的平穩(wěn)安全，機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)總體徑向運(yùn)動(dòng)和加速度較小，因此,為了大大簡(jiǎn)化機(jī)械系統(tǒng)控制的操作難度，將機(jī)械臂系統(tǒng)分解成作為單獨(dú)的輸入單元和輸出關(guān)節(jié)控制，忽略各個(gè)控制關(guān)節(jié)間的運(yùn)動(dòng)耦合度和力矩。2機(jī)械臂操作控制流程機(jī)械臂在完成一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)時(shí)，將機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)階段分為：自由運(yùn)動(dòng)階段、接近運(yùn)動(dòng)階段和接觸運(yùn)動(dòng)階段。不同的階段所采用的控制方法有所不同。3關(guān)節(jié)控制模式關(guān)節(jié)控制主要依據(jù)中央控制器指令實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制和力矩控制三種控制模式：3.1位置控制模式在這種關(guān)鍵位置關(guān)節(jié)速度電流控制系統(tǒng)工作原理模式下，關(guān)節(jié)位置速度電流控制管理單元驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)接收末端電機(jī)驅(qū)動(dòng)中央關(guān)節(jié)速度電流控制器上的四個(gè)位置關(guān)節(jié)速度控制指令，采用電機(jī)實(shí)現(xiàn)式的位置、速度、電流三閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu),控制管理單元與各環(huán)路根據(jù)實(shí)際設(shè)置速度分為四個(gè)位置關(guān)節(jié)速度電流控制器、速度關(guān)節(jié)電流傳感控制器、電流關(guān)節(jié)速度電壓控制器，通過(guò)位置速度電流傳感器可以實(shí)時(shí)進(jìn)行采集并自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算速度控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)中的末端電機(jī)控制單元位置、關(guān)節(jié)速度控制單元轉(zhuǎn)速及電機(jī)驅(qū)動(dòng)末端電機(jī)等效在一個(gè)正交軸上的速度電流,作為各電機(jī)關(guān)節(jié)速度控制管理單元與各環(huán)路間的閉環(huán)控制信號(hào)反饋。3.3.2速度控制模式在速度控制模式下，關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)接收中央控制器速度指令，采用速度、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，控制環(huán)路設(shè)置速度控制器、電流控制器，通過(guò)傳感器采集并計(jì)算關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)速及電機(jī)等效交軸電流，作為兩控制環(huán)路閉環(huán)反饋。3.3力矩控制模式力矩控制模式為系統(tǒng)柔順控制的備份模式，關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)接收中央控制器力矩指令，采用力矩、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，控制環(huán)路設(shè)置力矩控制器、電流控制器，通過(guò)傳感器采集并計(jì)算關(guān)節(jié)輸出力矩及電機(jī)等效交軸電流，作為兩控制環(huán)路閉環(huán)反饋。4關(guān)節(jié)控制方法4.1關(guān)節(jié)模型機(jī)電一體化關(guān)節(jié)包括伺服電動(dòng)機(jī)與諧波減速港兩部分,其中，減速器柔輪與具有一定剛度的扭轉(zhuǎn)彈簧等效。由于系統(tǒng)控制會(huì)受到摩擦和外界干擾的影響，因此首先建立關(guān)節(jié)系統(tǒng)的力學(xué)模型。根據(jù)該模型,可以對(duì)后續(xù)矢量控制等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算設(shè)置。K4R+m(4)+k0=才盤(pán)其中，0L表示關(guān)節(jié)的輸出軸位置，0m表示電機(jī)軸的位置,JL表示負(fù)載慣量,ks表示扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度系數(shù),N表示減速比,M