关键词：空间站;;机械臂;;减速机构;;故障
摘 要：空间机械臂是空间站工作与维护的不可或缺的辅助设备,是高度集成化机电一体化部件。具有高度的复杂性和多任务特性。空间机械臂的正常工作,是其复杂任务完成的有效保障。因此,开展空间机械臂自身运行健康状况的实时监测与诊断,是空间设备正常运行的首要保障。尽管我国空间机械臂研究仍处于试验阶段,技术尚不完全成熟,但同步开展相关领域的技术前瞻性研究具有迫切性。空间机械臂的减速机构是空间机械臂的核心模块之一,减速机构主要完成运动传递和臂杆连接的功能。空间机械臂的减速机构由伺服电机与减速机两大部分构成。本课题主要针对空间机械臂上的减速机构,在地面实验室开展健康状况监测的方法研究,为后续开展相关领域的研究提供借鉴。在简要介绍空间站发展概况的基础上,分析了空间机械臂的结构、组成和功能,对机械臂可能存在的故障种类和产生原因进行了分析,选取了减速机中的齿面磨损和断齿故障,以及电机选取振动、转子断条故障作为诊断对象。制定了故障诊断的总体技术方案,选取了振动信号和电流信号作为故障信息获取载体,设计了故障诊断信号的获取电路,并编制了相关的软件。搭建了测试系统,并测试了无故障及模拟故障信号,提取了信号诊断特征参量,建立了特征信息库,利用支持向量机方法实现了地面模拟故障的诊断。完成了减速机构诊断系统的组装和调试工作,通过对多检验样本的检测得到,齿轮减速机齿轮磨损的故障识别率达到,齿轮减速机断齿的故障识别率达到,伺服电机异常振动的故障识别率达到,伺服电机转子断条的故障识别率达到。论文主要研究内容如下:(1)分析了机械臂可能产生的故障种类、特点及可能的产生原因,确定了本课题诊断对象及故障类型。(2)制定了故障诊断总体技术方案,选取的信号捕获传感器,设计了相应的测试电路,并制作了相应的电路。(3)提取了检测信号的特征参数,并对有故障和无故障信号分别进行了特征参数的统计分析,得到了故障模式库。(4)将支持向量机理论应用于故障的识别中,利用融合的特征实现了故障的有效识别与诊断。(5)编制了相关的软件,对诊断系统初始化,数据进行了采集、存储与处理,并编制了诊断识别算法。(6)搭建了模拟试验系统,进行了测试与诊断试验,结果表明减速机构故障可以得到有效诊断。
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