空间机械臂悬吊微重力模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了空间机械臂悬吊微重力模拟装置，属于仿真实验领域，包括机械摆臂安装平台、六自由度台和相机，实时测量六自由度台上的靶标点，得出六自由度台的位置与姿态变化，控制机械摆臂安装平台跟随六自由度台运动；机械摆臂安装平台包括全向移动平台、配重与机械摆臂支架，全向移动平台在平面内全向移动；配重；用于将全向移动平台与机械摆臂的整体质心配平；机械摆臂支架，其运动用来对全移动平台的运动精度进行补偿。本发明专利技术消除机械臂展开时自身重力对航天器姿态的作用，同时保留机械臂较多的运动自由度及运动范围，较大范围的适应空间机械臂的展开范围。空间机械臂的展开范围。空间机械臂的展开范围。

【技术实现步骤摘要】
空间机械臂悬吊微重力模拟装置


[0001]本专利技术属于仿真实验领域，涉及空间机械臂悬吊微重力模拟装置。

技术介绍

[0002]通过地面设备模拟仿真航天器的特殊工作环境进行测试试验以在地面研究验证航天器结构性能是在航天领域常用的一种方法，也是研制过程中兼顾经济性和时效性的一种策略。
[0003]近年来，空间机械臂或空间机器人在太空探索和开发中承担越来越重要的任务，可以代替宇航员在恶劣的太空环境中完成如目标捕获、故障维修、垃圾清理以及星表采样等多种任务。基于空间微低重力环境及应用背景研制的空间机械臂，多具有长臂杆、多自由度，电机功率小等特性，在地面重力环境无法直接展开工作，需要微重力模拟装置卸载机械臂重力来进行试验验证。而进行捕获、维修、检测等任务的航天器现在多采用多自由度、大运动范围的双机械臂协同工作，这使得地面进行仿真验证更为困难，需要设计更为复杂和精准的微重力模拟装置和方法。
[0004]以往进行的机械臂地面微重力模拟环境展开试验，多采用气浮法或悬吊法，且机械臂安装在固定的模拟墙或支架车上。试验时，机械臂展开运动的自由度、范围有较大的限制。而且由于不用考虑机械臂对固定安装处的作用力和力矩影响，多针对机械臂主要臂杆进行重力卸载，整体采用双吊点或单吊点，虽然机械臂整体的重力进行了卸载，但是关节处的力矩有较大偏差。
[0005]在进行航天器用机械臂进行目标捕获等试验时，机械臂安装在具有六自由度活动能力的气浮台或者并联机构上，机械臂根部安装处的力矩偏差会对航天器的姿态产生很大影响，使得捕获仿真试验失败。有时为了更真实的仿真验证航天器在捕获等试验中的状态会限制机械臂的运动。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的问题是在于提供空间机械臂悬吊微重力模拟装置，通过构建一套能够主动控制迅速响应的机械摆臂系统来控制空间机械臂各吊点位置跟随目标移动，通过特殊设计的多点悬吊结构来充分卸载掉空间机械臂的重力及多个机械臂关节的重力，消除机械臂展开时自身重力对航天器姿态的作用，同时保留机械臂较多的运动自由度及运动范围，较大范围的适应空间机械臂的展开范围。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：空间机械臂悬吊微重力模拟装置，包括机械摆臂安装平台、六自由度台和相机，所述六自由台设在气浮台上；
[0008]所述相机，实时测量六自由度台上的靶标点，得出六自由度台的位置与姿态变化，进而通过控制系统，控制机械摆臂安装平台跟随六自由度台运动；
[0009]所述机械摆臂安装平台包括全向移动平台、配重与机械摆臂支架，全向移动平台在平面内全向移动；所述配重；用于将全向移动平台与机械摆臂的整体质心配平；机械摆臂
支架，其运动用来对全移动平台的运动精度进行补偿；
[0010]相机安装在所述机械摆臂支架上，所述机械摆臂支架通过重力卸载及随动组件保证下端的空间机械臂相对六自由台精度运动。
[0011]进一步的，重力卸载及随动组件包括机械摆臂A、机械摆臂B、恒张力组件和悬吊组件，所述机械摆臂A安装在机械摆臂支架上，位于两个机械摆臂B中间，用于控制空间机械臂大臂根部吊点的跟随运动；
[0012]机械摆臂B左右对称安装在机械摆臂支架上，分别对应一个空间机械臂。用于控制空间机械臂肘部关节吊点和小臂末端吊点的跟随运动；
[0013]恒张力组件采用电机主动控制收放卷线并控制悬吊的力相对恒定，使悬吊点能够适应空间机械臂展开过程中在竖直方向的位置变化，下方连接悬吊组件；
[0014]悬吊组件，对空间机械臂在运动过程中各部分重力卸载，并且消除悬吊力产生的附加干扰力矩。
[0015]进一步的，机械摆臂A的跟随运动控制分为三级，第一级整体位置由全向移动平台控制跟随六自由度台运动；第二级为回转臂、直线模组A和横梁形成回转和直线运动组成的二维运动，控制摆臂A末端的吊点二维控制机构更为快速精准的跟随六自由度台运动，消除全向移动平台的跟随运动误差；第三级，直线驱动模组B和直线驱动模组C组成左右两组二维运动机构，各自控制机械摆臂A的两个吊点跟随六自由度台上的两个空间机械臂大臂根部吊点运动。
[0016]进一步的，机械摆臂A包括固定悬臂、回转关节、回转直驱电机、回转臂、直线驱动模组A、横梁、侧向滚轮、直线驱动模组B、直线驱动模组C和悬吊转接件A，机械摆臂A整体与全向移动平台一同移动，固定悬臂与回转臂通过回转关节连接，回转轴通过直驱电机驱动，回转臂下方安装有直线驱动模组A，直线模组A由滚珠直线导轨和丝杠组成直线运动副，直线模组A滑台连接横梁，横梁呈对称结构，横梁在中间安装有两组滚轮，滚轮与回转臂两侧面接触并有一定预紧力，横梁下端左右对称安装有两组直线驱动模组B，每个直线驱动模组B的滑台安装有直线驱动模组C。直线模组B、C成法向安装。
[0017]进一步的，机械摆臂B包括固定座、大摆臂回转直驱电机、大摆臂回转关节、大摆臂、大摆直线电机、大摆直线模组、小摆回转直驱电机、小摆回转关节、小摆臂、小摆直线模组、小摆直线模组驱动电机和悬吊转接件B；
[0018]其中，固定座安装在机械摆臂支架上，机械摆臂B整体与全向移动平台一同移动，固定座与大摆臂通过回转关节连接，回转轴通过直驱电机驱动，大摆臂内侧安装有大摆直线模组，由滚珠直线导轨和丝杠组成直线运动副，大摆直线模组滑台连接小摆回转关节，回转关节上端连接小摆回转直驱电机用于驱动回转关节轴转动，回转关节下端输出轴连接小摆臂，下摆臂底面安装有两组小摆直线模组，小摆直线模组滑台安装悬吊转接件B，其用于安装恒力装置及悬吊组件，其位置分别与空间机械臂肘部吊点及小臂末端吊点位置对应。
[0019]进一步的，悬吊组件为三组，分别为大臂根部悬吊件，对应为空间机械臂吊点a；肘部悬吊件，对应为空间机械臂吊点b；小臂末端悬吊件，对应为空间机械臂吊点c、d、 e，三组悬吊组件共同组成了多点悬吊系统，从大臂根部关节至机械臂末端执行关节部分的空间机械臂在运动过程中各部分重力充分卸载，并且消除悬吊力产生的附加干扰力矩。
[0020]进一步的，大臂根部悬吊件包括滚转连接环A；俯仰连接轴；L型长吊杆；销轴A；偏
转连接轴A；销轴B和吊绳组成A，其中滚转连接环A与空间机械臂连接，绕空间机械臂滚动旋转，
[0021]滚转连接环与俯仰连接轴、偏转连接轴组成了正交的三个转轴，大臂根部悬吊件与空间机械臂形成万向连接机构；
[0022]L型长吊杆，使大臂根部悬吊件在空间机械臂收拢状态时避让其他机构，使吊点一直位于臂杆中轴位置。
[0023]进一步的，滚转连接环A包括滚轮、外滚转环和内固定环，内固定环内侧环面抱紧空间机械臂连接固定，外侧环面加工滚轮的滚转槽，外滚转环由两半环组装成一个整环并均布安装有多个滚轮，组装后滚轮能在内固定环的环状槽进行滚动旋转。
[0024]进一步的，肘部悬吊件包括滚转连接环B、俯仰连接轴B、U型吊爪、短杆、销轴C、横连杆、销轴D、偏转连接轴B和吊绳组成B；肘部悬吊件使悬吊点位于肘关节转动轴心位置，采用对称布置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空间机械臂悬吊微重力模拟装置，其特征在于：包括机械摆臂安装平台、六自由度台和相机，所述六自由台设在气浮台上；所述相机，实时测量六自由度台上的靶标点，得出六自由度台的位置与姿态变化，进而通过控制系统，控制机械摆臂安装平台跟随六自由度台运动；所述机械摆臂安装平台包括全向移动平台、配重与机械摆臂支架，全向移动平台在平面内全向移动；所述配重；用于将全向移动平台与机械摆臂的整体质心配平；机械摆臂支架，其运动用来对全移动平台的运动精度进行补偿；相机安装在所述机械摆臂支架上，所述机械摆臂支架通过重力卸载及随动组件保证下端的空间机械臂相对六自由台精度运动。2.根据权利要求1所述的空间机械臂悬吊微重力模拟装置，其特征在于：重力卸载及随动组件包括机械摆臂A、机械摆臂B、恒张力组件和悬吊组件，所述机械摆臂A安装在机械摆臂支架上，位于两个机械摆臂B中间，用于控制空间机械臂大臂根部吊点的跟随运动；机械摆臂B左右对称安装在机械摆臂支架上，分别对应一个空间机械臂。用于控制空间机械臂肘部关节吊点和小臂末端吊点的跟随运动；恒张力组件采用电机主动控制收放卷线并控制悬吊的力相对恒定，使悬吊点能够适应空间机械臂展开过程中在竖直方向的位置变化，下方连接悬吊组件；悬吊组件，对空间机械臂在运动过程中各部分重力卸载，并且消除悬吊力产生的附加干扰力矩。3.根据权利要求2所述的空间机械臂悬吊微重力模拟装置，其特征在于：机械摆臂A的跟随运动控制分为三级，第一级整体位置由全向移动平台控制跟随六自由度台运动；第二级为回转臂、直线模组A和横梁形成回转和直线运动组成的二维运动，控制摆臂A末端的吊点二维控制机构更为快速精准的跟随六自由度台运动，消除全向移动平台的跟随运动误差；第三级，直线驱动模组B和直线驱动模组C组成左右两组二维运动机构，各自控制机械摆臂A的两个吊点跟随六自由度台上的两个空间机械臂大臂根部吊点运动。4.根据权利要求3所述的空间机械臂悬吊微重力模拟装置，其特征在于：机械摆臂A包括固定悬臂、回转关节、回转直驱电机、回转臂、直线驱动模组A、横梁、侧向滚轮、直线驱动模组B、直线驱动模组C和悬吊转接件A，机械摆臂A整体与全向移动平台一同移动，固定悬臂与回转臂通过回转关节连接，回转轴通过直驱电机驱动，回转臂下方安装有直线驱动模组A，直线模组A由滚珠直线导轨和丝杠组成直线运动副，直线模组A滑台连接横梁，横梁呈对称结构，横梁在中间安装有两组滚轮，滚轮与回转臂两侧面接触并有一定预紧力，横梁下端左右对称安装有两组直线驱动模组B，每个直线驱动模组B的滑台安装有直线驱动模组C。直线模组B、C成法向安装。5.根据权利要求2所述的空间机械臂悬吊微重力模拟装置，其特征在于：机械摆臂B包括固定座、大摆臂回转直驱电机、大摆臂回转关节、大摆臂、大摆直线电机、大摆直线模组、小摆回转直驱电机、小摆回转关节、小摆臂、小摆直线模组、小摆直线模组驱动电机和悬吊转接件B；其中，固定座安装在机械摆臂支架上，机械摆臂B整体与全向移动平台一同移动，固定座与大摆臂通过回转关节连接，回转轴通过直驱电机驱动，大摆臂内侧安装有大摆直线模组，由滚珠直线导轨和丝杠组成直线运动副，大摆直线模组滑台连...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐放，吴跃民，李博，朱朝晖，
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：