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      載人航天器仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)發(fā)射過程抑振特性試驗研究

      2021-03-15 10:03:26劉冬雨
      航天器環(huán)境工程 2021年1期
      關(guān)鍵詞:束縛天宮機(jī)械手

      張 嶠,劉冬雨,羅 超,鄭 昊,吳 冰,李 喆

      (北京空間飛行器總體設(shè)計部,北京100094)

      0 引言

      “天宮二號”空間實驗室艙內(nèi)搭載了機(jī)械臂操作終端系統(tǒng)(以下簡稱“機(jī)械臂系統(tǒng)”)。在空間實驗室與載人飛船組合體飛行期間,“神舟十一號”航天員乘組與機(jī)械臂系統(tǒng)配合完成在軌維修試驗,為航天員與空間操作機(jī)器人的人機(jī)協(xié)同作業(yè)積累在軌經(jīng)驗,為提高空間站機(jī)械臂精細(xì)操作能力和控制魯棒性提供在軌基礎(chǔ)方法和參數(shù)。

      機(jī)械臂系統(tǒng)的核心是一套仿人型機(jī)械臂/手。它由大量精密電子元器件及高精度傳動環(huán)節(jié)構(gòu)成,并且在發(fā)射上行過程中要經(jīng)歷振動、沖擊和加速度等一系列復(fù)雜而嚴(yán)酷的動力學(xué)環(huán)境。若不能對這些惡劣的力學(xué)載荷進(jìn)行抑制,則機(jī)械臂可能會受損而無法有效完成在軌精細(xì)操作任務(wù)。為了保證航天員的在軌安全,艙內(nèi)機(jī)械臂系統(tǒng)無法采用傳統(tǒng)的火工品壓緊解鎖上行方案??紤]到載人航天器的人機(jī)協(xié)同特性,以NASA 的Robonaut 2為代表,艙內(nèi)機(jī)器人/機(jī)械臂通常采用包裝上行、航天員在軌安裝的方案。這種技術(shù)途徑的工程實用性較強(qiáng),還可避免火工品解鎖對精密部組件的沖擊影響。

      在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域,發(fā)泡聚乙烯材料(EPE)以密度小、回彈性好且具有良好的吸能特性等優(yōu)勢得以廣泛使用。國外學(xué)者對EPE的力學(xué)行為進(jìn)行了廣泛研究:Loveridge等指出EPE 具有穩(wěn)定的抗沖擊性能,并就氣孔尺寸、沖擊速度對EPE 的最大疲勞應(yīng)力值的影響進(jìn)行了研究;Marcondes等就溫度對EPE緩沖特性的敏感度進(jìn)行了理論分析;Ruiz-Herrero等研究了不同密度的EPE 的抗沖擊力學(xué)特性,并建立了幾種簡單的理論模型;Mills等采用有限元模型,預(yù)測了復(fù)雜形狀EPE 的緩沖性能。國內(nèi)盧富德、高德、張煒等學(xué)者對EPE的力學(xué)特性進(jìn)行了大量的理論及實驗研究,得到了從單自由度到多自由度包裝系統(tǒng)的緩沖特性,為包裝設(shè)計提供了普適方法。在載人航天領(lǐng)域,朱恩涌等探討了隔振器以及隔振對象的剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)、質(zhì)量對隔振效果的影響,得出了相關(guān)設(shè)計原則,為航天器被動隔振系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。

      上述研究對載人航天器的精密機(jī)電設(shè)備上行方案設(shè)計提供了較堅實的理論基礎(chǔ),但未開展工程型號實踐。本文設(shè)計了一種基于EPE的減振軟包方案,并對該方案在“天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)的應(yīng)用有效性進(jìn)行驗證。

      1 “天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)簡介

      “天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)是一種典型的仿人型機(jī)械臂系統(tǒng)(如圖1所示),它由1個六自由度機(jī)械臂、1個15自由度機(jī)械手、1個手眼相機(jī)及相關(guān)電纜構(gòu)成,質(zhì)量約為20 kg。機(jī)械臂系統(tǒng)配置了位置、力、關(guān)節(jié)力矩、視覺等多種傳感器,具有豐富的感知能力,可實現(xiàn)高精度位置控制、自主柔順操作,以及航天員在軌或地面遙操作等。

      圖1 “天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)模型及實物照片F(xiàn)ig.1 Model and photo of Tiangong-2 manipulator system

      機(jī)械臂采用模塊化設(shè)計,由2個肩部關(guān)節(jié)、2個肘部關(guān)節(jié)、2個腕關(guān)節(jié)構(gòu)成,多個連接件將6個模塊化關(guān)節(jié)連接,構(gòu)成機(jī)械臂。模塊化的肩、肘、腕關(guān)節(jié)具有相近的結(jié)構(gòu);根據(jù)關(guān)節(jié)承載需求,在電機(jī)和諧波減速器的選型上有所不同。傳感器配置及關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)是相同的,采用直流無刷電機(jī)+諧波減速器的驅(qū)動和傳動方案。

      機(jī)械手同樣為仿人型設(shè)計,其質(zhì)量約為人手的1.2倍,是本系統(tǒng)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。五根手指(每根手指含2個俯仰自由度及1個側(cè)擺自由度)的指單元體完全相同,每個手指模塊中包含1個扁平直流無刷電機(jī)和1個微型諧波減速器。電機(jī)與減速器之間采用高速傳送帶連接。多種類型傳感器集成在手指體內(nèi),指骨和遠(yuǎn)節(jié)指骨的運動通過鋼絲傳遞,實現(xiàn)1:1的耦合運動。

      “天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)比傳統(tǒng)6~7自由度機(jī)械臂更復(fù)雜、更靈活,傳感系統(tǒng)更豐富,其飛行任務(wù)是完成一臺單機(jī)設(shè)備的在軌維修操作,包括機(jī)械手直接旋擰J599電連接器、撕開多層隔熱材料、機(jī)械手抓握電動工具旋擰螺釘?shù)龋宽椚蝿?wù)的操作精度要求均在3 mm以內(nèi)。這不僅對系統(tǒng)的絕對定位精度和重復(fù)定位精度均提出了極高的要求,也對發(fā)射上行載荷的振動抑制提出了更高要求,因為任何一個自由度(共21個活動關(guān)節(jié))的功能失效都將對機(jī)械臂系統(tǒng)的總體精度和作業(yè)帶來巨大影響。

      2 減振軟包設(shè)計方案

      為了保證航天員的在軌安全,并考慮到載人航天器的人機(jī)協(xié)同特性,采用軟包裝載的方式實現(xiàn)束縛上行,航天員在軌將機(jī)械臂從軟包中取出,安裝至工作工位。由于“天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)研制立項于“天宮二號”空間實驗室正樣研制階段,艙內(nèi)設(shè)備布局已基本確定,機(jī)械臂軟包的上行布局位置受限嚴(yán)重。為了適應(yīng)艙內(nèi)儀器板剩余的已有孔位,軟包與剩余空間賦形設(shè)計,整體為類L 型,長度約1.1 m,截面為矩形,軟包可通過拉鏈對稱打開,如圖2所示。

      圖2 機(jī)械臂軟包構(gòu)型Fig.2 Configuration of soft package for the manipulator

      裝載產(chǎn)品后,機(jī)械臂包總質(zhì)量約24 kg。這種質(zhì)量大、長徑比大的精密機(jī)電產(chǎn)品通過軟包捆綁上行,在我國當(dāng)時的載人航天領(lǐng)域尚屬首次工程應(yīng)用。研制技術(shù)人員采用6條寬束縛帶+1條窄束縛帶將機(jī)械臂包捆扎束縛在儀器板上,如圖3 所示。為了使得束縛帶與軟包緊密貼合,軟包上表面設(shè)計了束縛帶限位扣,下表面縫制尼龍搭扣,方便航天員在軌臨時放置。

      由于機(jī)械臂、機(jī)械手為外形不規(guī)則產(chǎn)品,因此將設(shè)備在軟包內(nèi)可靠固定是抗力學(xué)載荷的關(guān)鍵。采用厚度為25 mm 的EPE材料作為軟包主支撐結(jié)構(gòu),并在臂桿2、臂桿4、臂桿6、機(jī)械手與軟包縫隙內(nèi)增加厚度20~60 mm 不等的EPE 墊塊作為輔助填充(如圖4所示)。為了更好地完成包內(nèi)賦形設(shè)計,采用3D打印輕質(zhì)件進(jìn)行配裝。為了便于航天員在軌存放,軟包整體為可拆卸結(jié)構(gòu),所有模塊均通過尼龍搭扣粘接拼裝而成。

      圖3 機(jī)械臂軟包上行布局狀態(tài)Fig.3 Launching condition of the manipulator with soft package

      圖4 機(jī)械臂軟包主構(gòu)型Fig.4 Main structure of soft package for themanipulator

      3 軟包減振能力力學(xué)環(huán)境試驗驗證

      就參試產(chǎn)品本體而言,“天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)共21個自由度;從邊界條件考慮,軟包內(nèi)各緩沖材料間采用搭扣粘接,機(jī)械臂、機(jī)械手在軟包內(nèi)為綁扎束縛狀態(tài),軟包整體在艙內(nèi)也是綁扎束縛狀態(tài)。這些因素均對建立系統(tǒng)的力學(xué)預(yù)示模型造成較大困難。為了快速驗證軟包對于機(jī)械臂承載的緩沖作用,利用初樣機(jī)械臂及軟包,通過力學(xué)環(huán)境試驗對軟包減振能力進(jìn)行摸底驗證。

      3.1 地面試驗系統(tǒng)

      在90 kN級振動臺上進(jìn)行了機(jī)械臂系統(tǒng)及軟包(以下簡稱“機(jī)械臂包”)的力學(xué)環(huán)境試驗。試驗系統(tǒng)主要由T2000-T4電動振動臺、SA1120高效功率放大器、ST/T2000水平滑臺、JAGUAR 數(shù)據(jù)采集分析與振動控制系統(tǒng)組成。

      為了更加真實地模擬機(jī)械臂軟包的力學(xué)邊界條件,將上行支架與軟包共同開展力學(xué)試驗,軟包支架在振動模擬墻上的安裝接口與在艙內(nèi)儀器板上完全一致。軟包在支架的安裝平面內(nèi)的位置束縛通過三角托、耳片限制,在面外的振幅通過束縛帶綁扎限制,如圖5所示。

      圖5 “天宮二號”機(jī)械臂包力學(xué)試驗狀態(tài)Fig.5 Mechanical test for Tiangong-2 manipulator and its soft package

      機(jī)械臂包驗收級力學(xué)試驗條件如表1~表3所示。

      表1 機(jī)械臂包正弦振動試驗條件Table1 Sine vibration test conditions for thesoft package

      表2 機(jī)械臂包隨機(jī)振動試驗條件Table 2 Random vibration test conditions for the soft package

      表3 機(jī)械臂包沖擊試驗條件Table3 Shock test conditionsfor the soft package

      試驗共設(shè)置10個Pcb Piezotronics 356A34型三向加速度傳感器,其中機(jī)械臂、機(jī)械手上測點7個,支架上測點3個。軟包內(nèi)測試電纜沿機(jī)械臂束縛,從軟包拉鏈頭部縫隙處引出。測點位置及試驗方向如圖6所示。振動試驗采用四點平均控制。

      圖6 機(jī)械臂及軟包力學(xué)試驗測點位置Fig.6 Positions of sensors in mechanical test for Tiangong-2 manipulator and its soft package

      3.2 試驗結(jié)果

      3.2.1首輪試驗

      以摸索軟包力學(xué)特性及其對機(jī)械臂減振能力摸底為目的開展首輪振動試驗。6條寬束縛帶綁扎軟包完畢后,尾部剩余長度約270 mm,對應(yīng)軟包側(cè)壁主結(jié)構(gòu)EPE 最大預(yù)壓縮率為70%(即主結(jié)構(gòu)泡沫厚度從25 mm 壓縮至7.5 mm)。典型試驗結(jié)果如表4所示,本文僅對主振方向進(jìn)行分析。由于機(jī)械手的每根手指都可看作是一個小型的機(jī)械臂,其驅(qū)動、傳動環(huán)節(jié)更加精密,內(nèi)部芯片集成度更高,所以機(jī)械手是整個機(jī)械臂系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié),需重點關(guān)注其響應(yīng)特性,結(jié)果見圖7。

      表4 首輪振動試驗典型測點加速度響應(yīng)Table 4 Typical acceleration response in the first round vibration test

      圖7 首輪正弦振動試驗機(jī)械手加速度響應(yīng)Fig.7 Acceleration response of the dexterous hand in the first round sine vibration test

      從圖7可以看出,對于面內(nèi)橫向振動,軟包對機(jī)械手的抑振效果較好。其中y 向與z 向的放大倍數(shù)分別為1.38 及2.45。結(jié)合表4可知,這兩個方向在隨機(jī)振動中,最大響應(yīng)總均方根≤1.35g,均小于振動臺的輸入條件5.2g。實際上,軟包本身可考慮為一個低通濾波器,對于高頻振動有較好的過濾能力。

      然而對于面外(x 向)振動,機(jī)械手最大響應(yīng)高達(dá)43.2g(17.8 Hz),放大倍數(shù)為6.35,超過30g 的設(shè)計承載能力??紤]到對于面外振動,軟包只能依靠束縛帶的捆扎進(jìn)行束縛,因而初步判斷可能是由于機(jī)械臂、機(jī)械手在軟包內(nèi)束縛不夠緊湊,產(chǎn)品與EPE泡沫的賦形不夠貼合,導(dǎo)致軟包減振效果不明顯。因此,將束縛帶進(jìn)一步拉緊,將尾部剩余量從270 mm 拉伸至300 mm(軟包側(cè)壁主結(jié)構(gòu)EPE 最大預(yù)壓縮率增大至100%,即主結(jié)構(gòu)泡沫厚度25 mm被完全壓縮),重新進(jìn)行試驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大頻響后移至約25 Hz,各測點響應(yīng)幅值增大約8%~10%,未達(dá)到降低載荷的目的。

      分析可知,6條束縛帶綁扎位置均為臂桿而非關(guān)節(jié),而關(guān)節(jié)2、關(guān)節(jié)3與關(guān)節(jié)5這3個平行關(guān)節(jié)作為較大的集中質(zhì)量點,對機(jī)械臂的振動加速度貢獻(xiàn)顯著。當(dāng)前的試驗軟包并未對這3處關(guān)節(jié)進(jìn)行額外限制,導(dǎo)致這3個大質(zhì)量點帶動整臂在包內(nèi)上下竄動。因此,無論如何增加束縛帶的約束力,整臂在軟包內(nèi)與EPE泡沫的貼合均不會太好。

      首輪試驗后,對機(jī)械臂、機(jī)械手依次進(jìn)行了單關(guān)節(jié)驅(qū)動及精度測試,機(jī)械臂、機(jī)械手狀態(tài)基本正常,但機(jī)械手拇指與食指的側(cè)擺自由度出現(xiàn)傳動皮帶松弛現(xiàn)象。這與在x 向振動時機(jī)械手響應(yīng)過大是一致的。此種狀態(tài)的機(jī)械手執(zhí)行接觸類操作任務(wù)的可靠度低,因此需要對軟包進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

      3.2.2 軟包優(yōu)化設(shè)計

      根據(jù)首輪試驗結(jié)果,在已有軟包的基礎(chǔ)上增補(bǔ)了8塊賦形限位模塊對關(guān)鍵部位進(jìn)行重點保護(hù),材料選用硬度稍高的低發(fā)泡聚乙烯閉孔泡沫,即圖8中的黑色模塊。其中,機(jī)械手處的賦形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜:除對機(jī)械手外殼進(jìn)行約束外,還加強(qiáng)了各手指模塊的側(cè)擺自由度限制,以達(dá)到減小間隙的目的。

      圖8 改進(jìn)后軟包示意Fig.8 Theimproved soft package

      對于軟包而言,束縛帶約束得越緊,整體的剛度越高,導(dǎo)致共振頻率后移;但同時,軟包主結(jié)構(gòu)泡沫的壓縮量也增大,軟包的阻尼性能變?nèi)酰虼苏穹鵄增大,這與文獻(xiàn)[13]的結(jié)論是一致的。這表明束縛帶對軟包的約束并非越緊越好,在滿足捆扎安裝可靠的前提下,尋找泡沫最優(yōu)預(yù)壓縮率對于確定軟包減振狀態(tài)是十分必要的。

      3.2.3軟包優(yōu)化后試驗

      將機(jī)械臂、機(jī)械手裝載入改進(jìn)后的軟包中,開展第二輪試驗。首先利用x 向試驗對束縛帶捆扎狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),共開展了3 組特征級掃頻測試(輸入為2.04g),結(jié)果如圖9所示。可以看出,機(jī)械臂包基頻隨束縛帶的拉緊而升高,同時振動加速度響應(yīng)增大,這與3.2.2節(jié)的分析結(jié)論吻合。

      圖9 軟包減振效果隨束縛程度變化趨勢Fig.9 Vibration suppression effect of the soft package against the degree of restraint

      當(dāng)束縛帶尾部剩余量為300 mm 時,對應(yīng)側(cè)壁主結(jié)構(gòu)泡沫局部預(yù)壓縮率為100%(即被完全壓縮),該工況下機(jī)械手響應(yīng)放大3.8倍,外推至驗收級振動工況,機(jī)械手響應(yīng)仍會超過25g,并未到達(dá)最優(yōu)減振效果。當(dāng)束縛帶尾部剩余量為250 mm 時,對應(yīng)側(cè)壁主結(jié)構(gòu)泡沫局部預(yù)壓縮率為50%(即主結(jié)構(gòu)泡沫厚度從25 mm 壓縮至12.5 mm),該狀態(tài)下機(jī)械手響應(yīng)放大2.9倍,外推至驗收級振動工況,機(jī)械手響應(yīng)約為20g,同時軟包本體也能被可靠束縛,滿足各種約束要求。以上證明軟包的優(yōu)化策略是有效的,后續(xù)試驗對該束縛狀態(tài)進(jìn)行固化。

      第二輪驗收級試驗典型結(jié)果如表5所示,機(jī)械手響應(yīng)曲線見圖10。與首輪試驗結(jié)果(表4)對比可知,6條寬束縛帶剩余長度保持250 mm,各方向最大頻響前移0.5~2 Hz。在驗收級試驗條件下,機(jī)械手在x 向與z 向試驗中響應(yīng)峰值均降低了約50%,最大加速度響應(yīng)為21.8g,同時其余各關(guān)節(jié)測點響應(yīng)也得到了40%~50%的改善。這進(jìn)一步驗證了軟包優(yōu)化方案的有效性。

      表5 第二輪機(jī)械臂包振動試驗響應(yīng)Table 5 Typical acceleration response in the second round vibration test

      圖10 第二輪正弦振動試驗機(jī)械手加速度響應(yīng)Fig.10 Acceleration response of the dexterous hand in the second round sine vibration test

      由于機(jī)械臂包為大長徑比結(jié)構(gòu),沿短邊的面內(nèi)橫向擺動(z 向)會與面外轉(zhuǎn)動耦合,在小角度振幅下,這種轉(zhuǎn)動近似為軟包在振動臺上下運動(即x 向)分量,所以對于降低x 向響應(yīng)的改善措施在z 向試驗中同樣受益。對于y 向,由于該方向為機(jī)械臂的軸向方向,大長徑比的軟包結(jié)構(gòu)導(dǎo)致該方向與x 向試驗嚴(yán)格正交,并且機(jī)械臂包的首尾均有金屬三角撐對軟包的位移進(jìn)行限位,所以y 向的響應(yīng)量級在軟包優(yōu)化前后兩輪試驗中是相當(dāng)?shù)摹?/p>

      進(jìn)一步,表5的隨機(jī)振動響應(yīng)與表6的沖擊試驗響應(yīng)均表明,軟包內(nèi)的泡沫對于高頻振動有較好的過濾能力,機(jī)械臂軟包能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械臂、機(jī)械手的有效保護(hù)。綜上,減振軟包的設(shè)計及使用要點在于包內(nèi)賦形模塊必須與被保護(hù)設(shè)備緊密貼合,防止設(shè)備在包內(nèi)自由運動;其次,在軟包本體能被可靠綁扎束縛的前提下,應(yīng)盡可能控制軟包泡沫結(jié)構(gòu)的預(yù)壓縮率不大于50%,以便更大程度地利用軟包整體的阻尼吸能特性。

      表6 機(jī)械臂包沖擊試驗最大加速度響應(yīng)Table6 The maximum acceleration response in shock test of the mechanical arm package

      試驗后使用API激光跟蹤儀,對機(jī)械臂進(jìn)行末端重復(fù)定位精度測試,如圖11所示。在機(jī)械臂的工作空間內(nèi)任意選取4個間隔較大的位置點,控制機(jī)械臂從任意起始位置運動并依次經(jīng)過設(shè)定的目標(biāo)點,每個目標(biāo)點重復(fù)測量次數(shù)n=20,同時利用SMR 靶鏡分別記錄靶標(biāo)上3點的位置,計算出靶標(biāo)的實際空間位姿(x, y, z,φ,φ,φ)。

      圖11 力學(xué)試驗后機(jī)械臂末端重復(fù)定位精度測試Fig.11 Repetitive positioning accuracy test for manipulator terminal after mechanical test

      測試得到4個目標(biāo)點的位置重復(fù)精度和姿態(tài)重復(fù)精度,如表7所示。機(jī)械臂的末端重復(fù)定位精度為:σ=max{σ,σ,σ,σ}=0.387 mm,σ=max{σ,σ,σ,σ}=0.074°??梢钥闯?,機(jī)械臂末端重復(fù)定位精度滿足位置±1 mm、姿態(tài)±0.5°的位姿精度要求。機(jī)械臂絕對定位精度將優(yōu)于位置±2 mm、姿態(tài)±1°,滿足在軌操作任務(wù)要求。由此可最終判定,在軟包的保護(hù)下,機(jī)械臂可順利通過發(fā)射段的力學(xué)過載。

      表7 力學(xué)試驗后機(jī)械臂末端重復(fù)定位精度測試結(jié)果Table 7 Repetitive positioning accuracy of the manipulator terminal after mechanical test

      4 “天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)應(yīng)用情況

      機(jī)械臂、機(jī)械手正樣產(chǎn)品以發(fā)射上行狀態(tài)參加了“天宮二號”整器力學(xué)試驗。試驗中機(jī)械手測點最大響應(yīng)為x 向4.4g(27 Hz)、y 向1.7g(6.4 Hz)、z 向1.5g(6.3 Hz),量級被單機(jī)驗收級試驗所覆蓋,頻響區(qū)間與單機(jī)振動試驗相比稍有差異,這與整器動力學(xué)特性以及相應(yīng)儀器板剛度特性相關(guān)。試驗后機(jī)械臂、機(jī)械手測試狀態(tài)正常,表明優(yōu)化后的機(jī)械臂軟包對于執(zhí)行飛行任務(wù)具備較高的可靠度。

      2016年9月15日,“天宮二號”機(jī)械臂系統(tǒng)以軟包裝載形式發(fā)射入軌。從2016年10月22日到2016年11月13日,“神舟十一號”航天員乘組將機(jī)械臂從軟包中取出,并在軌與機(jī)械臂系統(tǒng)配合完成了9次加電工作。飛行任務(wù)期間,機(jī)械臂、機(jī)械手狀態(tài)良好,視覺/位置/力傳感器測量精度正常,操作精度高,完成了非接觸類的測試性試驗以及接觸類的維修性試驗,成功實現(xiàn)了我國人機(jī)協(xié)同在軌維修技術(shù)的首次在軌驗證,為后續(xù)空間機(jī)器人輔助或配合航天員開展在軌維修任務(wù)積累了經(jīng)驗和數(shù)據(jù),可為后續(xù)空間站設(shè)備布局及發(fā)射上行方案提供良好的技術(shù)支撐。

      5 結(jié)論

      針對以“天宮二號”機(jī)械臂為代表的仿人型機(jī)械臂系統(tǒng),本文設(shè)計一種減振軟包上行方案,并對這種裝載模式的有效性進(jìn)行了力學(xué)試驗驗證,通過兩輪試驗確定了軟包技術(shù)狀態(tài);機(jī)械臂系統(tǒng)在軌試驗獲得成功。研究表明:

      1)發(fā)泡聚乙烯作為載人航天器減振軟包的主結(jié)構(gòu)材料,可有效降低精密機(jī)電類設(shè)備上行所承受的發(fā)射載荷;

      2)軟包內(nèi)賦形模塊與裝包設(shè)備的大質(zhì)量部件以及力學(xué)敏感部件必須緊密貼合,避免設(shè)備在包內(nèi)自由運動,以降低振動加速度幅值;

      3)束縛帶對軟包的約束并非越緊越好。在軟包本體被可靠綁扎束縛的前提下,軟包泡沫結(jié)構(gòu)的預(yù)壓縮率應(yīng)≤50%,以確保充分發(fā)揮軟包對載荷的吸能作用。

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