中国空间科学技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (6): 121-132.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2025.0094
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王晨1,2,李德伦3,4,*,谢宗武3,高波5
WANG Chen1,2,LI Delun3,4,*,XIE Zongwu3,GAO Bo5
摘要: 面向空间机器人在中高速作业环境下的力感知需求,针对一款空间机器人用六维力传感器开展以动态特性为主的性能改进。通过数值模拟分析了传感器静力学和动力学特性,建立了综合考虑质量、刚度、强度、各向同性度并以动态特性为核心的空间机器人用六维力传感器结构参数多目标优化模型,涉及待优化结构参数11个。为了提高参数优化效率,设计了基于混沌映射、非线性参数a和线性头狼权重改进的多目标灰狼算法结合有限元仿真分析的优化流程,获取了最优结构参数的Pareto解集,得到有效解30个。为了对解集进行科学评价,借由TOPSIS法结合CRITIC法建立了Pareto解集综合评价框架,得到最优结构参数。最后对比分析了优化前后空间机器人用六维力传感器的仿真和实验性能。结果表明,改进后的空间机器人用六维力传感器质量下降了5.9%,刚度提升了7.7%~22.7%,强度提升了5.4%~26.9%,各向同性度提升了4%,而固有频率提升了11.1%~35.7%,振幅下降19.4%,改进效果显著。所设计的集改进多目标灰狼算法、有限元法、TOPSIS法及CRITIC法的综合分析方法,对解决多目标多参数的结构优化问题具有一定的工程指导意义。