一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台制造技术

本发明专利技术涉及空间机器人模拟平台，具体地说是一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，气浮台处于低端，通过高压气体的反推作用，可使整个实验平台漂浮在水平面(如大理石水平面)上；载物台通过支撑杆固定在气浮台上端，可承受设定重量的载荷；涵道推进组件通过支撑架固定于气浮台支撑杆上，用于控制气浮台在水平面上的运动；模块化机械臂系统安装在载物台上，可实现设定的操作任务。本发明专利技术结构新颖，运动灵活，具备扩展性，可适用于空间机器人地面模拟仿真实验。 1

A modular and extensible ground platform for space manipulator

The invention relates to a space robot simulation platform, specifically a modular and extensible space manipulator ground experiment platform. The air floatation platform is at the low end. The whole experimental platform can float on the horizontal surface (such as marble level surface) through the backstepping effect of high pressure gas; the carrier platform is fixed to the upper end of the air floatation platform by the support rod. It can bear the load of setting weight; the culvert propulsion component is fixed to the support rod of the air floatation platform through the support frame to control the movement of the air floatation platform on the horizontal plane; the modular manipulator system is installed on the carrier platform, and the set operation task can be realized. The invention has the advantages of novel structure, flexible movement and expansibility, and can be applied to the ground simulation and simulation experiments of space robots. One

【技术实现步骤摘要】
一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台
本专利技术涉及空间机器人模拟平台，具体地说是一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台。
技术介绍
随着航天技术的发展，人造卫星在科学技术试验、天气预测、地球资源勘查、区域跟踪与导航以及通信领域等都起着重要的作用。相比过去，当前卫星的功能逐渐增强，其结构也日益复杂，卫星在轨运行的安全性和可靠性已成为各个国家重点关注的问题。针对外太空恶劣的环境，人类专利技术了空间机器人来实现对在轨卫星的维修与维护。空间机器人由卫星和搭载在卫星上的机械臂组成，是一类能够在外太空自主飞行，并能完成任务侦测、在轨维修维护以及辅助姿态机动等在轨服务任务。空间机器人工作时，需要保证卫星基体的位置和姿态，然后操作机械臂来完成精细的操作任务。随着空间任务复杂性和多样性的增加，对空间机器人的功能要求也在逐渐提高。空间机器人发射之前，需要做大量的地面实验，以保证其可靠性。所以，在空间机器人的研制中，与空间机器人相配套的地面实验模拟平台也起着相当重要的作用。当前空间机器人平台包括气浮式、水浮式以及吊丝配重式。对比上述三类，水浮式和吊丝配重式均存在过大的外部扰动，模拟精度不高；而气浮式可以保证一定的模拟精度，且成本维护费低；但目前大多模拟平台的设计都是针对单独的特定任务，不具备扩展性。
技术实现思路
针对现有空间机器人平台存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台。该地面实验模拟平台采用模块化机器人关节，具备扩展性，可适用于多种在轨服务任务地面模拟。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术包括气浮台、载物台、模块化机械臂、涵道推进组件及风扇定位板，其中气浮台包括框架、气瓶组、控制阀组及气浮垫，所述气瓶组安装在框架上，该框架的底部均匀安装有多个气浮垫，所述气瓶组通过进气通路及输气通路分别与供气源和各气浮垫相连，并通过设置在进气通路及输气通路上的所述控制阀组控制进气或输气，实现各所述气浮垫与水平面之间形成气膜；所述载物台安装在框架上方，所述模块化机械臂包括底座、末端连接座及多个模块化关节，该底座的一端安装在所述载物台上，另一端通过依次连接的多个模块化关节与用于安装末端执行器的所述末端连接座相连；所述涵道推进组件包括支撑架、涵道风扇、风扇固定上压板及风扇固定下压板，该支撑架的一端与所述框架可拆卸地连接，另一端的两侧均连接有一组风扇固定上压板和风扇固定下压板，每侧的风扇固定上压板与风扇固定下压板之间均夹紧有涵道风扇，且每侧的风扇固定上压板与相邻涵道推进组件中的同侧风扇固定上压板之间通过所述风扇定位板相连；其中：所述控制阀组包括减压阀、手动阀、快速接头固定座、快速接头、截止阀、调压阀、三通接头及五通接头，该快速接头通过安装在所述载物台下表面的快速接头固定座与手动阀的一端相连，该手动阀的另一端通过管路与所述三通接头的一个端口连接，该三通接头的第二个端口通过导管与所述气瓶组相连，第三个端口与所述减压阀的进口相连，该减压阀的出口通过导管与所述调压阀的进口相连，该调压阀的出口与所述截止阀的进口相连，该截止阀的出口通过导管与所述五通接头的一个端口相连，该五通接头留有一个备用端口，其余端口分别与各所述气浮垫相连；所述快速接头、手动阀、三通接头组成进气通路，将气源输入到所述气瓶组中，实现对气浮台充气；充气过程中，所述减压阀处于关闭状态；所述气瓶组、三通接头、减压阀、调压阀、截止阀及五通接头组成输气通路，将所述气瓶组中的内部气源输送到各气浮垫，实现气膜支撑气浮台漂浮；输气过程中，所述手动阀处于关闭状态；所述框架包括底板及多个支撑杆，各所述支撑杆的两端均开有内螺纹，下端通过螺栓固定于底板上，上端固定于所述载物台的下表面；所述气瓶组通过气瓶固定座安装在底板上，所述截止阀通过连接座安装在底板上，所述减压阀及五通接头分别安装在底板上，所述三通接头安装在任一根支撑杆上；各所述气浮垫均位于底板的下方，通过螺栓及螺母固定于所述底板的下表面；所述载物台包括载物面板、支撑座及护栏，该载物面板的上表面安装有多个支撑座，相邻支撑座之间设有护栏，任意两个相邻支撑座之间设有供所述底座插入的豁口，该底座安装在所述载物面板上；所述模块化关节包括关节后座、伺服舵机、定轴、舵盘上固定座、套筒、舵盘及舵盘下固定座，该关节后座与伺服舵机相连、用于与底座或相邻模块化关节中的舵盘下固定座连接，所述伺服舵机的输出轴连接有舵盘；所述套筒安装在伺服舵机的上方，所述定轴插设于套筒中、并与伺服舵机连接，该套筒内圆柱面与所述定轴过盈配合；所述舵盘下固定座的一端与舵盘相连，另一端与所述舵盘上固定座的一端连接，该舵盘上固定座的另一端与所述套筒的外圆柱面间隙配合；所述伺服舵机通过舵盘带动舵盘上、下固定座绕定轴旋转；所述关节后座内表面开有用于与伺服舵机连接的螺母安装孔，该关节后座内表面的四周设有带通孔的安装支座，所述安装支座通过螺栓与伺服电机固接；所述舵盘上固定座的一端底面设有凸棱，所述舵盘下固定座内表面开设有与该凸棱相配合的导向槽，该凸棱插设于导向槽中、并通过螺栓紧固；所述支撑架的一端通过螺栓和螺母与支撑架压板夹紧在气浮台的框架上，所述风扇固定上压板、风扇固定下压板及风扇定位板均通过螺栓紧固于支撑架上；所述支撑架两侧的涵道风扇正交配置，即两侧的涵道风扇的轴向中心线垂直。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术的气浮台采用了三个气浮垫，使气浮台与水平面呈三地点接触，可实现稳定地漂浮。2.本专利技术的机械臂采用模块化关节设计，具备可扩展性，可根据任务要求，扩充机械关节，同时末端联结座可配备特定的末端执行器。3.本专利技术的模块化机械臂和涵道推进系统的零件均采用3D打印技术制作，结构简单，重量轻便且具有较高生产制造效率。4.本专利技术的模块化关节的关节后座、舵盘座以及连杆均设有通孔，用于内部走线；且关节后座设有四个螺母安装孔，与其他部件固定时，可直接通过螺栓稳固，使机械臂组装时更加灵巧方便。5.本专利技术的机械臂采用伺服舵机为关节驱动器，内部设有减速器，可产生较大的扭矩，另一方面采用伺服舵机可以保证模块化关节结构紧凑。6.本专利技术采用涵道风扇推进，相比同样直径的孤立螺旋桨,会产生更大的推力，且具有安全性；同时由于涵道风扇组采用正交配置，可保证相邻侧面的推力相互正交，使运动控制更加自由。附图说明图1为本专利技术的整体装配示意图之一；图2为本专利技术气浮台的立体结构示意图；图3为本专利技术气浮台的结构俯视图；图4为本专利技术气浮台中底板与五通接头的安装示意图；图5为本专利技术气浮台的结构仰视图；图6为本专利技术载物台的立体结构示意图；图7为本专利技术模块化机械臂的立体结构示意图；图8为本专利技术模块化机械臂中模块化关节的立体结构示意图；图9为图8的爆炸图；图10为图8、图9中关节后座的立体结构示意图；图11为本专利技术模块化机械臂中连杆的立体结构示意图；图12为本专利技术涵道推进组件的立体结构示意图；图13为本专利技术风扇定位的结构示意图；图14为本专利技术的整体装配示意图之二；其中：1为气浮台，101为气浮垫，102为底板，103为支撑杆，104为减压阀，105为手动阀，106为气瓶组，107为气瓶固定座，108为快速接头固定座，109为快速接头，110为截止阀，111为调压阀，112为压力表，113为三通接头，114为五通接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，其特征在于：包括气浮台(1)、载物台

【技术特征摘要】
1.一种模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，其特征在于：包括气浮台(1)、载物台(2)、模块化机械臂(3)、涵道推进组件(4)及风扇定位板(5)，其中气浮台(1)包括框架、气瓶组(106)、控制阀组及气浮垫(101)，所述气瓶组(106)安装在框架上，该框架的底部均匀安装有多个气浮垫(101)，所述气瓶组(106)通过进气通路及输气通路分别与供气源和各气浮垫(101)相连，并通过设置在进气通路及输气通路上的所述控制阀组控制进气或输气，实现各所述气浮垫(101)与水平面之间形成气膜；所述载物台(2)安装在框架上方，所述模块化机械臂(3)包括底座(301)、末端连接座(306)及多个模块化关节，该底座(301)的一端安装在所述载物台(2)上，另一端通过依次连接的多个模块化关节与用于安装末端执行器的所述末端连接座(306)相连；所述涵道推进组件(4)包括支撑架(402)、涵道风扇(403)、风扇固定上压板(404)及风扇固定下压板(405)，该支撑架(402)的一端与所述框架可拆卸地连接，另一端的两侧均连接有一组风扇固定上压板(404)和风扇固定下压板(405)，每侧的风扇固定上压板(404)与风扇固定下压板(405)之间均夹紧有涵道风扇(403)，且每侧的风扇固定上压板(404)与相邻涵道推进组件(4)中的同侧风扇固定上压板(404)之间通过所述风扇定位板(5)相连。2.根据权利要求1所述的模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，其特征在于：所述控制阀组包括减压阀(104)、手动阀(105)、快速接头固定座(108)、快速接头(109)、截止阀(110)、调压阀(111)、三通接头(113)及五通接头(114)，该快速接头(109)通过安装在所述载物台(2)下表面的快速接头固定座(108)与手动阀(105)的一端相连，该手动阀(105)的另一端通过管路与所述三通接头(113)的一个端口连接，该三通接头的第二个端口通过导管与所述气瓶组(106)相连，第三个端口与所述减压阀(104)的进口相连，该减压阀(104)的出口通过导管与所述调压阀(111)的进口相连，该调压阀(111)的出口与所述截止阀(110)的进口相连，该截止阀(110)的出口通过导管与所述五通接头(114)的一个端口相连，该五通接头(114)留有一个备用端口，其余端口分别与各所述气浮垫(101)相连。3.根据权利要求2所述的模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，其特征在于：所述快速接头(109)、手动阀(105)、三通接头(113)组成进气通路，将气源输入到所述气瓶组(106)中，实现对气浮台(1)充气；充气过程中，所述减压阀(104)处于关闭状态。4.根据权利要求2所述的模块化可扩展空间机械臂地面实验平台，其特征在于：所述气瓶组(106)、三通接头(113)、减压阀(104)、调压阀(11)、截止阀(110)及五通接头(114)组成输气通路，将所述气瓶组(106)中的内部气源输送到各气浮垫(101)，实现气膜支撑气浮台(1)漂浮；输气过程中，所述手动阀(105)处于关闭状态。5.根据权利要求2所述的模块化可扩展空间机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金国，张鑫，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21