[發(fā)明專利]空間機(jī)械臂變負(fù)載情況的全維度地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811457842.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109500814B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉琪;劉嘉宇;杜寶森;劉書選
• 申請（專利權(quán)）人: 北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所;中國運(yùn)載火箭技術(shù)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

空間機(jī)械臂變負(fù)載情況的全維度地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)及方法，屬于空間機(jī)器人地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)變負(fù)載空間機(jī)械臂的全維度地面驗(yàn)證技術(shù)，能夠模擬三維空間里空間機(jī)器人變負(fù)載過程中基座的位姿變化情況，驗(yàn)證空間機(jī)器人變負(fù)載情況下控制算法的可行性和有效性，解決了現(xiàn)有地面試驗(yàn)系統(tǒng)無法模擬三維空間里空間機(jī)械臂變負(fù)載情況下位姿變化的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空間機(jī)械臂變負(fù)載情況的全維度地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)及方法，屬于空間機(jī)器人地面試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

衛(wèi)星由于故障、完全失效或任務(wù)結(jié)束而被放棄后，停留在太空將成為太空垃圾，不但占用了寶貴的軌道資源，還可能危及其它航天器的安全。為了盡可能挽回?fù)p失或凈化軌道環(huán)境，以空間機(jī)械臂為手段，以衛(wèi)星維修、捕捉失效衛(wèi)星及太空垃圾清除為目的的在軌服務(wù)任務(wù)迅速發(fā)展。這些在軌服務(wù)任務(wù)中，空間機(jī)械臂負(fù)載會隨廢棄衛(wèi)星回收等任務(wù)的進(jìn)行而發(fā)生變化，為確保空間機(jī)械臂變負(fù)載情況在軌任務(wù)的成功執(zhí)行，需要在地面重力環(huán)境下模擬微重力環(huán)境進(jìn)行空間機(jī)器人變負(fù)載情況下的實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證和評估空間機(jī)械臂的控制算法及整體運(yùn)動性能等指標(biāo)。

目前通常可供采用的重力補(bǔ)償方式主要有氣浮方式、吊絲配重、水浮方式，以及自由落體方式。這幾種重力補(bǔ)償方式的區(qū)別明顯，其補(bǔ)償效果也各不相同。吊絲配重是一種廣泛采用的重力補(bǔ)償方式，通過滑輪組利用配重物的重量來補(bǔ)償機(jī)器人的重力影響,具有費(fèi)用低、易維護(hù)等特點(diǎn)。但吊絲配重難以完全補(bǔ)償重力影響，使部分驅(qū)動力較小的關(guān)節(jié)的運(yùn)動受到限制，另外吊絲也會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)動過程中的晃動，影響機(jī)械臂定位精度。水浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是通過水或其他液體的浮力來補(bǔ)償機(jī)器人的重力影響，從而實(shí)現(xiàn)空間機(jī)器人三維工作空間上的物理仿真。但是水浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建造費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)時需要保證系統(tǒng)的密封性。物體在做自由落體運(yùn)動時處于失重狀態(tài)，因此通過自由落體運(yùn)動可以得到很好的微重力環(huán)境。但是，自由落體方式的微重力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)造價昂貴,維護(hù)費(fèi)用高,工作時間短,其應(yīng)用受到很大限制。氣浮實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有建造周期短、試驗(yàn)持續(xù)時間較長、模擬精度較高等優(yōu)勢，但是氣浮實(shí)驗(yàn)只能實(shí)現(xiàn)平面降維度試驗(yàn)驗(yàn)證。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種空間機(jī)械臂變負(fù)載情況的全維度地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)及方法，通過設(shè)計(jì)變負(fù)載空間機(jī)械臂的全維度地面驗(yàn)證技術(shù)，能夠模擬三維空間里空間機(jī)器人變負(fù)載過程中基座的位姿變化情況，驗(yàn)證空間機(jī)器人變負(fù)載情況下控制算法的可行性和有效性，解決了現(xiàn)有地面試驗(yàn)系統(tǒng)無法模擬三維空間里空間機(jī)械臂變負(fù)載情況下位姿變化的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：空間機(jī)械臂變負(fù)載情況的全維度地面物理驗(yàn)證系統(tǒng)，包括作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)、作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制器、六維力/力矩傳感器、空間機(jī)械臂、空間機(jī)械臂控制器、基座、負(fù)載夾持機(jī)構(gòu)；

所述六維力/力矩傳感器用于檢測負(fù)載作用在所述負(fù)載夾持機(jī)構(gòu)的力和力矩，生成六維力/力矩傳感信號，并發(fā)送給空間機(jī)械臂控制器中的機(jī)械臂動力學(xué)解算模塊；

所述空間機(jī)械臂包括由若干關(guān)節(jié)電機(jī)串聯(lián)的若干節(jié)臂桿，所述若干節(jié)臂桿的一端與基座固定連接，另一端安裝有負(fù)載夾持機(jī)構(gòu)；

所述空間機(jī)械臂控制器包括機(jī)械臂動力學(xué)解算模塊和機(jī)械臂單關(guān)節(jié)運(yùn)動控制模塊，所述機(jī)械臂動力學(xué)解算模塊用于接收六維力/力矩傳感信號，解算基座的位姿運(yùn)動信息，并發(fā)送給所述作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制器；所述機(jī)械臂單關(guān)節(jié)運(yùn)動控制模塊用于接收上位機(jī)的機(jī)械臂控制信號，控制所述關(guān)節(jié)電機(jī)，使空間機(jī)械臂位于試驗(yàn)所需位姿；

所述作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制器用于接收基座的位姿運(yùn)動信息，生成控制作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)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的運(yùn)動姿態(tài)與基座保持一致；

所述作動器并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括并聯(lián)的若干個作動器、上平臺和下平臺；所述若干個作動器的一端與下平臺鉸接，另一端與上平臺鉸接；所述若干作動器接收作動器控制信號進(jìn)行伸縮操作，帶動上平臺運(yùn)動；

所述基座與上平臺固定連接。