[發明專利]空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統及方法

有效

• 申請號: 201811457842.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109500814B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 李曉琪;劉嘉宇;杜寶森;劉書選
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統，其特征在于：包括作動器并聯機構(2)、作動器并聯機構控制器、六維力/力矩傳感器(7)、空間機械臂(5)、空間機械臂控制器、基座(4)、負載夾持機構(9)；

所述六維力/力矩傳感器(7)用于檢測負載作用在所述負載夾持機構(9)的力和力矩，生成六維力/力矩傳感信號，并發送給空間機械臂控制器中的機械臂動力學解算模塊；

所述空間機械臂(5)包括由若干關節電機(6)串聯的若干節臂桿(10)，所述若干節臂桿(10)的一端與基座(4)固定連接，另一端安裝有負載夾持機構(9)；

所述空間機械臂控制器包括機械臂動力學解算模塊和機械臂單關節運動控制模塊，所述機械臂動力學解算模塊用于接收六維力/力矩傳感信號，解算基座(4)的位姿運動信息，并發送給所述作動器并聯機構控制器；所述機械臂單關節運動控制模塊用于接收上位機的機械臂控制信號，控制所述關節電機(6)，使空間機械臂(5)位于試驗所需位姿；

所述作動器并聯機構控制器用于接收基座(4)的位姿運動信息，生成控制作動器并聯機構(2)各個作動器動作的作動器控制信號，所述作動器控制信號使上平臺(3)的運動姿態與基座(4)保持一致；

所述作動器并聯機構(2)包括并聯的若干個作動器、上平臺(3)和下平臺(1)；所述若干個作動器的一端與下平臺(1)鉸接，另一端與上平臺(3)鉸接；所述若干作動器接收作動器控制信號進行伸縮操作，帶動上平臺(3)運動；

所述基座(4)與上平臺(3)固定連接。

2.根據權利要求1所述的空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統，其特征在于：所述作動器并聯結構中作動器的個數為六個。

3.根據權利要求2所述的空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統，其特征在于，所述解算基座(4)的位姿運動信息的方法為：利用計算基座(4)的線加速度和角加速度，并通過積分運算得到基座(4)的速度及位姿，其中，H_b、H_bm和H_m分別為基座(4)的慣性矩陣、基座(4)及空間機械臂(5)的耦合慣性矩陣和空間機械臂(5)的慣性矩陣，c_b和c_m分別為基座(4)和空間機械臂(5)的非線性項，F_b為作用在基座(4)上的外作用力和力矩，F_b為零向量，τ為空間機械臂(5)各關節力矩，J_b和J_m分別為基座(4)和空間機械臂(5)的雅各比矩陣，F_h為六維力/力矩傳感器(7)信號處理模塊傳來的六維力/力矩信號。

4.根據權利要求3所述的空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統，其特征在于：所述各個作動器的伸縮量的計算方法為：根據所述基座(4)的位姿確定上平臺(3)各鉸點在上平臺(3)坐標系中的空間位置坐標¹P_i，i＝1,2,3,4,5,6，各個作動器的伸縮量為其中，為上平臺(3)坐標系到下平臺(1)坐標系的齊次坐標變換矩陣，⁰Q_i為下鉸點在下平臺(1)坐標系的空間位置坐標，L_i0為各作動器連桿初始長度。

5.根據權利要求1～4任一項所述的空間機械臂變負載情況的全維度地面物理驗證系統，其特征在于：所述上平臺(3)上設有用于固定所述基座(4)的若干級臺階，每一級臺階的直徑和深度分別為0.4+0.25n米和0.02-0.005n米，其中，0≤n＜(a-0.4)/0.25，a為上鉸分布圓的直徑，n為不大于四的整數，所述上鉸分布圓為六個作動器與上平臺(3)的連接點構成的圓。