一种防干涉微低重力补偿系统技术方案

本发明专利技术创造提供一种防干涉微低重力补偿系统，包括支撑架、跟踪补偿系统、回转驱动系统、悬吊装置和控制系统，所述跟踪补偿系统安装于所述支撑架的顶部并可自转，所述回转驱动系统设置于所述跟踪补偿系统和所述支撑架之间并为所述跟踪补偿系统提供自转动力，所述悬吊装置的上端连接于所述跟踪补偿系统的底部并可相对于后者做直线运动，所述悬吊装置的下端连接机械臂，所述控制系统分别与所述跟踪补偿系统和悬吊装置相连。本发明专利技术创造将二维平面内的运动以回转和直线运动相结合的极坐标形式实现，在保证运动范围要求的情况下，不易与实验对象发生干涉；采用主动重力补偿的方式，容易实现机械臂补偿力的精确控制，提高补偿精度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术创造提供一种防干涉微低重力补偿系统，包括支撑架、跟踪补偿系统、回转驱动系统、悬吊装置和控制系统，所述跟踪补偿系统安装于所述支撑架的顶部并可自转，所述回转驱动系统设置于所述跟踪补偿系统和所述支撑架之间并为所述跟踪补偿系统提供自转动力，所述悬吊装置的上端连接于所述跟踪补偿系统的底部并可相对于后者做直线运动，所述悬吊装置的下端连接机械臂，所述控制系统分别与所述跟踪补偿系统和悬吊装置相连。本专利技术创造将二维平面内的运动以回转和直线运动相结合的极坐标形式实现，在保证运动范围要求的情况下，不易与实验对象发生干涉；采用主动重力补偿的方式，容易实现机械臂补偿力的精确控制，提高补偿精度。【专利说明】一种防干涉微低重力补偿系统
本专利技术创造属于航天条件的模拟装置领域，尤其是涉及一种微低重力补偿系统。
技术介绍
随着我国航天技术的发展，特别是载人航天工程和探月工程的实施，使得对航天器的功能要求越来越高。其中，关节式机械臂是其中必不可少的一个重要组成部分，它可以代替航天员高效、精准的完成大量空间任务。通常情况下，在机械臂随着航天器发射升空以前，往往需要在地面对其进行微低重力试验，以模拟机械臂在空间的工作状态，测试其在完成任务时各项主要性能指标，最大限度的保证机械臂在轨工作的可靠性和功能性的要求，这样就需要一种微低重力补偿系统，实现空间微低重力的模拟。该系统需要满足适应机械臂多关节协调运动并且不与其产生干涉、最低限度的影响机械臂运动性能的要求。
技术实现思路
本专利技术创造要解决的问题是提供一种机械臂微低重力试验的补偿系统，用以在地面环境下对机械臂进行微低重力的模拟试验，以考核机械臂的运动性能，并保证在模拟试验过程中不干涉机械臂的运动。 为解决上述技术问题，本专利技术创造采用的技术方案是:一种防干涉微低重力补偿系统，包括支撑架、跟踪补偿系统、回转驱动系统、悬吊装置和控制系统，所述跟踪补偿系统安装于所述支撑架的顶部并可自转，所述回转驱动系统设置于所述跟踪补偿系统和所述支撑架之间并为所述跟踪补偿系统提供自转动力，所述悬吊装置的上端连接于所述跟踪补偿系统的底部并可相对于后者做直线运动，所述悬吊装置的下端连接机械臂，所述控制系统分别与所述跟踪补偿系统和悬吊装置相连。 所述支撑架为整个系统提供支撑，所述跟踪补偿系统提供跟踪机械臂所需要的运动和主动重力补偿，所述回转驱动系统为所述跟踪补偿系统的自转提供驱动力，所述悬吊装置则用于连接所述跟踪补偿系统和机械臂的主要运动大臂，所述控制系统完成整个系统运行所需的数值解算、运动检测和运动控制。 其中，所述跟踪补偿系统包括回转平台、重力补偿系统和直线运动系统，所述回转平台的顶部通过安装接口连接所述支撑架，且安装接口作为回转平台的转动轴，所述直线运动系统设置于所述回转平台的底部并可相对于所述回转平台做直线运动，所述重力补偿系统固接于所述直线运动系统，并随同所述直选运动系统做直线运动。 进一步，所述重力补偿系统为主动重力补偿，其包括重力补偿装置和绳索收放装置，所述绳索收放装置连接所述悬吊装置，所述重力补偿装置为所述绳索收放装置提供动力，绳索收放装置根据所述控制系统的指令对悬吊装置进行收绳和放绳控制。 进一步，所述直线运动系统包括直线导轨、托板和传动丝杠，所述直线导轨设置于所述回转平台的底部，所述传动丝杠安装于所述直线导轨的径向，所述托板的底部设置有与所述传动丝杠相配合的传动螺母，所述托板的底部通过接口连接所述直线导轨且可相对于后者做直线运动。通过传动丝杠和传动螺母的配合实现丝杠传动运动，进而实现托板相对于丝杠运动，及托板相对于直线导轨运动。 所述重力补偿系统固接于所述托板上。 所述直线运动系统还包括直线运动驱动系统，其安装于所述传动丝杠的端部并带动所述传动丝杠转动，通过控制系统的指令控制传动丝杠的正转和反转，从而推动其上的传动螺母运动，为所述托板的直线运动提供动力，实现托板及重力补偿系统的直线运动。 进一步，所述回转平台的底部设置有两个相互平行的直线运动系统，两个托板上均固接有重力补偿系统，所述重力补偿系统均连接有悬吊装置。 进一步，本防干涉微低重力补偿系统，还包括二维微调平台，所述二维微调平台设置于所述支撑架的顶部并可相对于所述支撑架做X、Y方向运动，所述跟踪补偿系统连接于所述二维微调平台。所述二维微调平台可相对于所述支撑架的做小范围的二维运动，其用于在进行模拟试验前微调所述跟踪补偿系统与机械臂的相对位置，实现二者相应位置的对齐。 其中，所述悬吊装置包括吊索和转接工装，所述吊索的上端连接所述跟踪补偿系统，所述吊索的下端通过转接工装连接机械臂，所述吊索上设置有用于检测吊索拉力的力学传感器和检测吊索角度的倾角传感器。 其中，所述控制系统，用来处理整个模拟系统相关运算和补偿系统的监测。具体地，通过传感器反馈的机械臂的运动，计算出跟踪补偿系统所需的运动轨迹；根据吊索的力学传感器提供的拉力反馈，对重力补偿装置进行控制，实现补偿力的精确控制；并对上述运动和补偿力等进行监测。 本专利技术创造具有的优点和积极效果是:本专利技术将二维平面内的运动以回转和直线运动相结合的极坐标形式实现，在保证运动范围要求的情况下，不易与实验对象发生干涉；采用主动重力补偿的方式，容易实现机械臂补偿力的精确控制，提高补偿精度。 【专利附图】【附图说明】 图1是机械臂的结构示意图 图2是本专利技术创造的结构示意图 图3是本专利技术创造中跟踪补偿系统的结构示意图 图中: 1.机械臂示意图——11基座12回转轴13俯仰轴A 14俯仰轴B ； 2.微低重力补偿系统示意图一21支撑架22回转驱动系统23跟踪补偿系统24悬吊装置25机械臂26控制系统27 二维微调平台； 3.跟踪补偿系统示意图一31直线运动驱动系统32回转平台33传动丝杠34直线导轨35托板36重力补偿装置37传动螺母38安装接口 39吊索 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术创造的具体实施例做详细说明。 如图1所示,机械臂包括顺序相接的基座11、回转轴12、俯仰轴A13、臂A14、俯仰轴B15及臂B16，关节式机械臂能实现绕回转轴12回转，绕俯仰轴A、B(13，15)进行俯仰运动。通过对机械臂的臂A14和臂B16进行悬吊并提供重力补偿以实现机械臂的微重力环境模拟。 如图2所示，本防干涉微低重力补偿系统，包括支撑架21、回转驱动系统22、跟踪补偿系统23、悬吊装置24以及控制系统26，其中，支撑架21为整个系统提供支撑；跟踪补偿系统23提供跟踪所需要的运动以及补偿力，并在回转驱动系统22作用下可以实现自转运动；跟踪补偿系统23上载有直线运动系统和重力补偿系统，重力补偿系统连接悬吊装置24，并通过控制悬吊装置24的绳索收放实现机械臂的俯仰运动，而跟踪补偿系统的自转运动结合重力补偿系统的直线运动则可实现机械臂的回转运动；悬吊装置24下端通过转接工装与机械臂25相连接，其上安装有测力传感器和倾角传感器，为控制系统提供控制依据；控制系统26实现跟踪和补偿所需要的相关数据处理，实现运动的精确跟踪和补偿力的精确控制，并对跟踪运动和补偿力进行监控。 图3示出了跟踪补偿系统23的一种实施方式。跟踪补偿系统23采用极坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防干涉微低重力补偿系统，其特征在于：包括支撑架(21)、跟踪补偿系统(23)、回转驱动系统(22)、悬吊装置(24)和控制系统(26)，所述跟踪补偿系统(23)安装于所述支撑架(21)的顶部并可自转，所述回转驱动系统(22)设置于所述跟踪补偿系统(23)和所述支撑架(21)之间并为所述跟踪补偿系统(23)提供自转动力，所述悬吊装置(24)的上端连接于所述跟踪补偿系统(23)的底部并可相对于后者做直线运动，所述悬吊装置(24)的下端连接机械臂(25)，所述控制系统(26)分别与所述跟踪补偿系统(23)和悬吊装置(24)相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冉江南，陈建鹏，刘鹏，莫丽东，
申请(专利权)人：天津航天机电设备研究所，
类型：发明
国别省市：天津;12