[發(fā)明專利]一種用于模擬多剛體機械臂運動的空間微低重力補償方法

有效

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• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN104385302A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鵬;高奔;陳建鵬;韓佩彤
• 申請（專利權(quán)）人: 天津航天機電設(shè)備研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G01N1/02
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 李震勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間微低重力補償技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種模擬月球表面微低重力的補償方法。

背景技術(shù)

在我國探月工程不斷取得成功之后，月球表面采樣活動將成為我國航天未來發(fā)展的重點，所以開展相關(guān)技術(shù)的研究和分析將成為下一步工作的重點，其中模擬月球表面微低重力環(huán)境，為后續(xù)相關(guān)模擬月球力學環(huán)境試驗提供技術(shù)保障是其中的關(guān)鍵研究內(nèi)容之一，而多剛體機械臂地面環(huán)境微低重力模擬就是其中典型的代表。多剛體機械臂是由多個剛體通過不同自由度串聯(lián)而成的剛體系統(tǒng)，其顯著的特征就是自由度運動軌跡復雜，為了在地面環(huán)境條件下模擬其月球表面力學環(huán)境，為多剛體機械臂地面試驗和測試提供較為真實的月球表面工作力學環(huán)境，從而模擬驗證多剛體機械臂在月球環(huán)境下的全運動過程。本發(fā)明就是針對以上問題，而提出的一種全新的空間微低重力補償實現(xiàn)方法，該方法可以有效的模擬月球表面的微低重力環(huán)境，從而保證了多剛體機械臂在全過程的運動范圍內(nèi)始終保持在微低重力的試驗環(huán)境下。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種用于模擬多剛體機械臂運動的空間微低重力補償方法，不僅可以為多剛體機械臂提供月球表面微低重力的力學試驗空間，而且從根本上解決了在地面力學環(huán)境條件下模擬月球力學環(huán)境的難題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于模擬多剛體機械臂運動的空間微低重力補償方法，包括以下步驟：

S1.通過懸吊裝置將機械臂懸吊連接于位置跟蹤系統(tǒng)，在機械臂未運動時，懸吊裝置中的吊索處于鉛直狀態(tài)；

S2.機械臂運動時，懸吊裝置上的吊索傾角測量系統(tǒng)監(jiān)測懸吊裝置中吊索的偏角，吊索傾角測量系統(tǒng)將偏角數(shù)值傳送至綜控系統(tǒng)，在綜控系統(tǒng)的解算和控制下，位置跟蹤系統(tǒng)作出相應的位置跟蹤運動以縮小偏角至允許誤差內(nèi)；

S3.機械臂運動時，懸吊裝置上的力傳感器試試監(jiān)測吊索對機械臂的補償力，并將補償力的變化量傳送至綜控系統(tǒng)，當補償力的變化量超出允許的誤差時，綜控系統(tǒng)控制重力補償系統(tǒng)調(diào)節(jié)補償力的大小以縮小補償力的變化量至允許誤差內(nèi)；

S2和S3同時進行，實現(xiàn)機械臂運動時的位置跟蹤和重力補償。

其中，懸吊裝置懸吊連接于機械臂的質(zhì)心。

其中，吊索傾角測量系統(tǒng)采用十字軸原理，其包括角度傳感器，吊索(6)的頂端與十字軸的一對轉(zhuǎn)軸連接，十字軸的另一對轉(zhuǎn)軸鉸接于重力補償系統(tǒng)且安裝有角度傳感器。

其中，機械臂的兩條臂桿分別設(shè)置有用于連接吊索下端的吊點，機械臂的內(nèi)臂桿上設(shè)置雙側(cè)吊點，機械臂的外臂桿上設(shè)置單側(cè)吊點。

進一步，懸吊裝置還包括設(shè)置于吊索和機械臂之間的避讓機構(gòu)和萬向軸承，吊索的下端連接于避讓機構(gòu)，避讓機構(gòu)的下端通過萬向軸承連接機械臂上的吊點。

進一步，位置跟蹤運動系統(tǒng)包括直角式跟蹤平臺和極坐標式跟蹤平臺，直角式跟蹤平臺跟蹤內(nèi)臂桿的運動，極坐標式跟蹤平臺跟蹤外臂桿的運動，且與內(nèi)臂桿相接的吊索穿過極坐標式跟蹤平臺的Z軸，與外臂桿相接的吊索連接直角式跟蹤平臺。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：

1、吊索傾角測量系統(tǒng)采用十字軸的測量方法，對機械臂運動時產(chǎn)生的偏角進行檢測和反饋，進而通過綜控系統(tǒng)進行位置跟蹤系統(tǒng)的運動控制，實時性好、控制簡捷；

2、懸吊裝置與機械臂連接分別采用雙側(cè)懸吊和單側(cè)懸吊的連接方式，可以解決機械臂運動過程中，由合攏狀態(tài)到展開狀態(tài)出現(xiàn)的吊點位置突變的情況；

3、位置跟蹤系統(tǒng)的直角式跟蹤平臺和極坐標式跟蹤平臺，用于跟蹤內(nèi)臂桿和外臂桿的運動，且內(nèi)臂桿的吊索從極坐標式跟蹤平臺的中心穿過，此方法可以實現(xiàn)吊索在位置跟蹤系統(tǒng)上的吊點任意移動，而多個吊點之間不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是吊索傾角測量系統(tǒng)的測量原理圖

圖3是吊索與機械臂的吊點位置示意圖

圖4是吊索與機械臂的連接結(jié)構(gòu)示意圖

圖中：1-機械臂，11-內(nèi)臂桿，12-外臂桿，2-懸吊裝置，21-避讓機構(gòu)，22-萬向軸承，3-重力補償系統(tǒng)，4-極坐標式跟蹤平臺，5-直角式跟蹤平臺，6-吊索

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細說明。