空间机械臂位姿精度测试系统技术方案

空间机械臂位姿精度测试系统，涉及一种对空间机械臂进行测试的系统。现有对空间机械臂进行测试的系统存在结构复杂、调试困难、安全可靠性低以及现有气浮测试系统只能实现二维运动的问题。空间机械臂位姿精度测试系统，它包括三坐标测量机（Ⅰ），它还包括设置在三坐标测量机（Ⅰ）的上方、与空间机械臂（Ⅶ）连接的固定系统（Ⅱ）、旋转支撑系统（Ⅲ）、气浮支撑系统（Ⅳ）、末端靶标（Ⅴ）和基座靶标（Ⅵ）；本发明专利技术所述测试系统结构简单、容易调试、安全可靠性高以及同时可以实现空间机械臂三维运动，利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种对空间机械臂进行测试的系统。
技术介绍
空间机械臂系统的关节驱动力矩通常都很有限，在地面重力环境下很难甚至无法正常工作，为在地面对空间机械臂系统进行测试，需要专门设计相关的测试设备。目前为止，世界各国科研机构设计和采用的空间机械臂地面测试系统主要包括吊丝配重、水浮、气浮和自由落体等几种方式。这些方法各有优缺点，其中，吊丝配重方法(卡梅隆大学)可以实现机械臂的六自由度运动，且对机械臂的运动限制较少，但是吊丝方法系统复杂，调试困难，安全可靠性差；水浮方法(马里兰大学)利用水的浮力平衡重力，可以实现零重力环境的模拟，但是水浮系统需要克服水中较大的阻力，而且需要对系统进行较大的改造；气浮方法(加拿大空间机械臂实验方法)利用气浮轴承，将机械臂托在平整的平台上，利用喷气推力抵消重力影响，气浮方式结构简单，易于实现，但是受限于只能进行平面运动实验。因此，世界上现有的对空间机械臂进行测试的系统都存在着诸多不能弥补的缺陷。
技术实现思路
针对现有对空间机械臂进行测试的系统存在结构复杂、调试困难、安全可靠性低以及现有气浮测试系统只能实现二维运动的问题，本专利技术提供一种结构简单、容易调试、安全可靠性高以及同时可以实现空间机械臂三维运动的测试系统。空间机械臂位姿精度测试系统，它包括三坐标测量机I，它还包括设置在三坐标测量机I的上方、与空间机械臂VII连接的固定系统II、旋转支撑系统III、气浮支撑系统IV、末端靶标V和基座靶标VI；所述各系统的具体结构为气浮支撑系统IV在结构上包括气浮轴承1、与气浮轴承1固定的带U形槽的支架2和设置在支架U形槽上端的压环3；旋转支撑系统III在结构上包括支撑轴4和设置在支撑轴4外表面的外环座5，外环座5与支撑轴4之间通过轴承连接，在支撑轴4的端部设有与其螺纹连接的螺杆6，螺杆6的端头通过螺母7固定在支架8上；在所述螺杆6的下方设有配重块9；固定系统II在结构上包括机械臂支撑平台10、压板11和压环12，所述机械臂支撑平台10设置在旋转支撑系统III的外环座5的下方，所述压板11设置在外环座5的上方，所述压板11通过螺钉44固定在机械臂支撑平台10的上表面上；所述压环12的下端设有固定轴13，固定轴13插在支撑平台10上的孔内；末端靶标V和基座靶标VI由相互之间成一定角度的两根连杆和设置在连杆端头的金属球组成；所述各系统的连接关系为气浮支撑系统IV的压环3与固定系统II的压环12分别固定在位于空间机械臂VII中心位置两端的关节外壳上；所述旋转支撑系统III上支撑轴4的一端安装到空间机械臂VII的关节外壳上，旋转支撑系统III上的支架8固定在空间机械臂VII的臂杆上；所述末端靶标V和基座靶标V1分别固定在空间机械臂VII的两个端部。本专利技术所述测试系统可以实现空间机械臂的三维空间运动，可以直接测量空间机械臂的位姿精度，不需要中间的折算过程，因此测试容易，并且该测试系统结构简单，不需要对空间机械臂进行结构改造，因此可以提高工作效率，并且测量费用低，利于推广应用。附图说明图1是本专利技术所述测试系统的整体结构示意图，图2是具体实施方式一所述空间机械臂VII结构示意图，图3是旋转支撑系统III、末端靶标V及基座靶标VI与空间机械臂VII的连接结构示意图，图4是图3的A-A剖视图，图5是图3的左视图，图6是气浮支撑系统IV的立体结构示意图，图7是气浮支撑系统IV的主视图，图8是图7的俯视图，图9是具体实施方式六所述空间机械臂测量坐标系建立方法示意图。具体实施例方式具体实施方式一传统的气浮系统只能实现系统的二维平面运动，无法实现空间机械臂所需要的空间运动。为了测试空间机械臂的位姿精度，需要空间机械臂的所有关节一起运动，这样得到的位姿精度才是整个空间机械臂的位姿精度。因此，本实施方式提供了一种对具有空间三维运动的机械臂的位姿精度进行测试的系统，可以通过本实施方式所述测试系统进行测试的空间机械臂为具有六个自由度、可以实现空间三维运动的机械臂，其具体结构可以是任意可实现三维运动的空间机械臂，也可以是如图2所示的具有六个旋转关节的空间机械臂，图2所示的空间机械臂VII，已申请专利，申请号为200610009814.7。该空间机械臂由以下部件组成(参照图2)a.六个关节关节一22，关节二23，关节三24，关节四25，关节五26和关节六27；b.七个关节外壳关节外壳一28，关节外壳二29，关节外壳三30，关节外壳四31，关节外壳五32，关节外壳六33和关节外壳七34；c.三个臂杆臂杆一35，臂杆二36和臂杆三37。参照图1，本实施方式对具有空间三维运动的机械臂的位姿精度进行测试的系统包括三坐标测量机I和设置在三坐标测量机I的上方、与空间机械臂VII连接的固定系统II、一部分设置在固定系统II内的旋转支撑系统III、气浮支撑系统IV、末端靶标V和基座靶标VI；本实施方式选用的三坐标测量机I是Brown & Sharpe公司生产的三坐标测量机。所述各系统的具体结构为参照图6、图7、图8，气浮支撑系统IV在结构上包括气浮轴承1、与气浮轴承1固定的带U形槽的支架2和设置在支架U形槽上端的压环3，本实施方式所述气浮支撑系统IV上的气浮轴承1为两个，分别固定在支架2的两侧，所述压环3是通过可拆连接的两个半环组合而成。使用时，气浮轴承1设置在三坐标测量机I的大理石平台上(参照图1)，将压环3固定在空间机械臂VII的关节上，使气浮支撑系统IV与空间机械臂VII连接成为一个整体。由供气设备提供的高压气体从气浮轴承1的进气口1-1进入，然后气体从出气口1-2排出，由于高压气体在排出过程中，可以提供对气浮轴承1反方向的作用力，从而可以克服空间机械臂本身的重力，将其支起，使其悬浮于三坐标测量机I的大理石平台上，从而减小关节三24的运动阻力。因此，在空间机械臂VII位置精度测量时，气浮支撑系统IV可以使关节二23和关节三24在平面二维空间运动(关节结构参见图2)。旋转支撑系统III(参照图3、图4)在结构上包括支撑轴4和设置在支撑轴4外表面的外环座5，外环座5与支撑轴4之间通过轴承连接，轴承通过机械臂支撑轴承压环压紧，在支撑轴4的端部设有与其螺纹连接的螺杆6，螺杆6的端头通过螺母7固定在支架8上；在所述螺杆6的下方设有配重块9；连接时，将所述旋转支撑系统III上支撑轴4的一端安装到空间机械臂VII的关节外壳上，旋转支撑系统III上的支架8固定在空间机械臂VII的臂杆上，固定方式可以是通过螺栓和机械臂压环20固定到臂杆21上，也可以采取其它如螺钉连接的方式进行固定。在对空间机械臂VII进行位置精度测量时，空间机械臂旋转支撑系统III可以使关节四25实现旋转运动，关节四25在旋转时，可以带动空间机械臂VII的臂杆21和支架8同时以关节四25和支撑轴4为中心作一定角度的旋转，在臂杆21旋转时，配重块9可以克服由于关节二23、关节三24、关节外壳二29、关节外壳三30和臂杆一35对关节四25产生的偏载力矩。固定系统II(参照图1)在结构上包括机械臂支撑平台10、压板11和压环12，所述机械臂支撑平台10设置在旋转支撑系统III的外环座5的下方，压板11设置在外环座5的上方，所述压板11通过螺钉44固定在机械臂支撑平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间机械臂位姿精度测试系统，它包括三坐标测量机（Ⅰ），其特征在于它还包括设置在三坐标测量机（Ⅰ）的上方、与空间机械臂（Ⅶ）连接的固定系统（Ⅱ）、旋转支撑系统（Ⅲ）、气浮支撑系统（Ⅳ）、末端靶标（Ⅴ）和基座靶标（Ⅵ）；所述各系统的具体结构为：气浮支撑系统（Ⅳ）在结构上包括气浮轴承（１）、与气浮轴承（１）固定的带Ｕ形槽的支架（２）和设置在支架（Ｕ）形槽上端的压环（３）；旋转支撑系统（Ⅲ）在结构上包括支撑轴（４）和设置在支撑轴（４）外表面的外环座（５），外环座（５）与支撑轴（４）之间通过轴承连接，在支撑轴（４）的端部设有与其螺纹连接的螺杆（６），螺杆（６）的端头通过螺母（７）固定在支架（８）上；在所述螺杆（６）的下方设有配重块（９）；固定系统（Ⅱ）在结构上包括机械臂支撑平台（１０）、压板（１１）和压环（１２），所述机械臂支撑平台（１０）设置在旋转支撑系统（Ⅲ）的外环座５的下方，所述压板（１１）设置在外环座（５）的上方，所述压板（１１）通过螺钉（４４）固定在机械臂支撑平台（１０）的上表面上；所述压环（１２）的下端设有固定轴（１３），固定轴（１３）插在支撑平台（１０）上的孔内；末端靶标（Ⅴ）和基座靶标（Ⅵ）由相互之间成一定角度的两根连杆和设置在连杆端头的金属球组成；所述各系统的连接关系为：气浮支撑系统（Ⅳ）的压环（３）与固定系统（Ⅱ）的压环（１２）分别固定在位于空间机械臂（Ⅶ）中心位置两端的关节外壳上；所述旋转支撑系统（Ⅲ）上支撑轴（４）的一端安装到空间机械臂（Ⅶ）的关节外壳上，旋转支撑系统（Ⅲ）上的支架（８）固定在空间机械臂（Ⅶ）的臂杆上；所述末端靶标（Ⅴ）和基座靶标（Ⅵ）分别固定在空间机械臂（Ⅶ）的两个端部。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史士财，刘宏，高晓辉，金明河，谢宗武，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]