[發明專利]關節式機械臂微低重力補償系統

有效

• 申請號: 201410407319.6
• 申請日: 2014-08-18
• 公開（公告）號: CN104175331A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 高奔;劉鵬;陳建鵬;李振新
• 申請（專利權）人: 天津航天機電設備研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B64G7/00
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 李震勇

技術領域

本發明創造屬于宇宙航行條件的模擬裝置領域，尤其是涉及一種微低重力補償系統。

背景技術

隨著我國航天事業的深入發展，空間機械臂逐漸成為完成空間任務的重要工具。為了驗證機械臂在空間中能否正常工作，充分保證機械臂在空間環境中工作性能，需要對其進行微低重力模擬試驗。機械臂微低重力模擬試驗是在地球重力環境下模擬機械臂在空間微低重力環境的受力試驗，其基本原理是利用重力補償系統提供機械臂重力差值，實現空間微低重力環境的模擬。微低重力補償系統是微低重力試驗的重要組成部分。目前常用的微低重力補償方法可以歸結為水浮法、氣球懸浮法、氣浮平臺法、自由落體法和懸吊重力補償法。其中懸吊式重力補償方法由于容易滿足試驗對象的三維運動的跟蹤，通過先進的控制和測量手段，補償精度可以很高，并且試驗時間一般不受限制，在微低重力試驗模擬中逐漸得到重視。

為滿足模擬試驗的要求，懸吊式補償系統由頂向下至少應該包括隨動跟蹤系統、拉力補償系統和懸吊系統。最下層的懸吊系統是與機械臂直接相關部分；次下層為拉力補償系統，為機械臂提供所需的補償力；頂層為隨動跟蹤系統，作為拉力補償系統和懸吊裝置跟蹤機械臂運動的載體。其中拉力補償系統通常包含主動式補償和被動式補償。被動補償方式由于補償精度和適應性、靈活性較差，因而常用于運動性能和精度要求不高的場合。主動式補償方式由于補償力可以主動控制，因而特別適應變載荷的試驗對象，并且通過一定的控制方法補償精度較高，可以較真實的實現微低重力模擬。目前常用的懸吊重力補償系統一般針對單一物體(或可以看成單一物體)的運動，僅利用單一X-Y形式的直角坐標式運動機構對目標進行跟蹤，難以實現對類似關節式機械臂等需要多臂懸吊、多吊點協調運動的試驗對象進行模擬試驗。

發明內容

本發明創造要解決的問題是提供一種關節式機械臂微低重力補償系統，完成對關節式機械臂的微低重力補償，實現在地球重力環境下模擬關節式機械臂在空間微低重力環境下的運動情況，從而驗證其在空間微低重力環境下的工作性能。

為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是：一種關節式機械臂微低重力補償系統，包括：用于支撐整個補償系統的支撐架，包括上層平臺和支柱；直角式跟蹤平臺，安裝于所述支撐架的上層平臺且可相對于所述上層平臺的X、Y方向運動；極坐標式跟蹤平臺，安裝于所述直角式跟蹤平臺的下方且可繞所述直角式跟蹤平臺的Z軸自轉或隨所述直角式跟蹤平臺在X、Y方向運動；重力補償系統，安裝于所述直角式跟蹤平臺的頂部和所述極坐標式跟蹤平臺的底部，用于提供重力補償力；懸吊裝置，連接于重力補償系統和關節式機械手臂之間；控制系統，用于控制直角式跟蹤平臺和極坐標式跟蹤平臺的運動、監控所述重力補償系統的補償力。

其中，所述直角式跟蹤平臺包括X向移動平臺及其驅動、傳動系統和Y向移動平臺及其驅動、傳動系統，所述X向移動平臺和所述Y向移動平臺之間設置有X向直線導軌，且X向移動平臺沿所述X向直線導軌運動，所述Y向移動平臺和所述上層平臺之間設置有Y向直線導軌，且所述Y向移動平臺沿所述Y向直線導軌運動；所述重力補償系統安裝于所述X向移動平臺頂部。

X向移動平臺和Y向移動平臺在兩者各自的驅動、傳動系統的作用下實現相對運動及同步運動，從而實現其下方的極坐標式跟蹤系統的X、Y向運動。

其中，所述極坐標式跟蹤平臺，包括回轉平臺及其驅動、傳動系統和直線移動平臺及其驅動、傳動系統，所述回轉平臺平行于水平面且其回轉軸與所述直角式跟蹤平臺的Z軸重合，所述直線移動平臺通過直線移動導軌連接于所述回轉平臺的底部且相對于所述回轉平臺做直線運動；所述重力補償系統安裝于所述直線移動平臺上。

其中，所述重力補償系統為主動重力補償，包括主動重力補償裝置和繩索收放裝置，所述主動重力補償系統連接所述繩索收放裝置并控制后者上下收放所述懸吊裝置。

其中，所述懸吊裝置包括吊索、吊架和轉接工裝，所述吊架通過所述吊索連接其上方的重力補償系統，所述吊架通過所述轉接工裝連接其下方的關節式機械臂，所述吊索上設置有用于測定吊索拉力和吊索傾角的傳感器。

進一步，與所述直角式跟蹤平臺上的重力補償系統相連的吊索穿過所述極坐標式跟蹤平臺的回轉軸，從而保證該吊索所屬的懸吊裝置不會相對于所述極坐標式跟蹤平臺發生X、Y方向的位移，而與所述直線移動平臺相連的懸吊裝置則可繞所述極坐標式跟蹤平臺的或轉軸公轉，通過上述兩個懸吊裝置的配合可實現關節式機械臂的動作轉換。

進一步，所述吊索與所述吊架通過銷軸鉸接，所述轉接工裝通過球形接頭鉸接所述吊架，所述轉接工裝固接關節式機械臂。