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| Abstract: |
| Motion accuracy of space manipulators has direct effects on the ability of the systems to perform specified tasks. However, some design variables are inherently interval parameters due to uncertainties in geometric structures, material properties, and so on. This paper presents Chebyshev inclusion function (CIF) for approximating the dynamic responses function of parametrically excited systems. Motion accuracy reliability (MAR) of space manipulators was evaluated based on mechanism reliability analysis methods and interval uncertainty model. To illustrate the accuracy of the proposed method, a two-link manipulator with interval parameters was demonstrated. The results showed that the proposed method required much fewer samples to obtain more accurate reliability compared with the traditional Monte Carlo simulation (MCS). Finally, the sensitivity analysis was performed to facilitate the optimization design by using global sensitivity analysis. |
| Key words: space manipulator motion accuracy reliability (MAR) interval theory Chebyshev inclusion function (CIF) |
| DOI：10.11916/j.issn.1005-9113.18048 |
| Clc Number:TB114.3 |
| Document Code::A |
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| Descriptions in Chinese: |
| 基于Chebyshev扩张函数的空间机械臂区间运动精度可靠性分析 魏娟，张建国，杜小松 （北京航空航天大学 可靠性与系统工程学院，北京 100083） 创新点说明：本文提出了Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数，然后基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）。 研究目的： 1）空间机械臂的运动精度可靠性受设计变量的影响，空间机械臂部分设计变量为区间变量； 2） 运动精度可靠度与设计变量之间的关系通常是隐式的。 研究方法： 1）运用Chebyshev扩张函数（CIF）来逼近参数激励系统的动态响应函数； 2）基于机构可靠性分析方法和区间不确定性模型评估了空间机械臂的运动精度可靠性（MAR）； 3）运用双连杆机械臂案例，连杆的长度和力矩为区间变量，计算速度的精度可靠性。计算结果与蒙特卡洛方法计算的结果进行对比。 结果： 与传统的蒙特卡罗模拟（MCS）相比，所提出的方法需要更少的样本以获得更准确的可靠性。 结论： 本文提出一种基于CIF的MAR分析方法，用于涉及区间不确定参数的机械手。在该方法中，应用CIF来估计区间函数的界限，并控制区间运算中的高估。CIF方法可以量化区间不确定性信息对柔性机械手的动态响应的影响。基于非概率可靠性理论，预测了双连杆柔性机械臂的MAR。为了验证CIF方法，应用MCS方法来计算MAR。作为自然结果，所提出的方法可以用纯间隔参数模拟柔性机械手的动力学。双连杆机械手的情况表明，该方法可有效解决纯间隔参数的不确定性问题。最后，通过使用全局灵敏度分析进行对灵敏度进行分析以促进优化设计。 关键词：空间机械臂，运动精度可靠性，区间理论，Chebyshev扩张函数 (CIF) |
