秦 利 徐智颖 刘福才 徐继龙

燕山大学电气工程学院，秦皇岛，066004

0 引言

空间结构系统如桁架、天线等正趋于大规模、高复杂度和广维度化，为避免运载尺寸包络限制和成本扩张的问题，研究者们希望一些关键结构组件能够实现在轨制造和组装。这类大型结构具有结构跨度大、质量小、结构阻尼弱等特性[1]，易受装配时机械臂末端载荷影响而发生结构振动。与其连接和搭载的设备设施(如大型光学望远镜、空间站等)有严格的受扰限制，结构的动力学与机械臂系统稳定性通过连接间隙和末端交互产生耦合效应，在构建过程中振动不断积累，最终影响整个结构的性能。面向此类高精度、连续大工作量和频繁启停的装配任务，需要分析渐变负载非线性振动下机械臂微小范围的运动特性，以及操作中对结构施加力/力矩的合理性，以保证整个过程的装配精度与结构稳健性。重力释放会引起机械臂系统动力学特性的变化，进而影响其自身的稳定性及末端性能。地面研发时不具备在服役环境中反复测试的条件，更需要基于精确的动力学建模，描述重力及重力释放下机械臂振动特性的差异，以实现有效的系统性能预测与优化控制。

关节是空间机械臂的核心部件，其动力学建模的目的不仅应体现关节本身的非线性特点，更需要能够描述从地面到太空的重力环境改变后其动力学特性的真实变化。现有研究以间隙动力学特性为切入点研究机构的动态特性，如文献[2-3]通过试验发现间隙是导致机构非周期振动的主要因素，其振动频率和幅值受间隙大小和驱动速度的影响。……