[发明专利]六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法

权利要求书

1.六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，其特征在于：包括轴承装置A、支架气足装置B和滚轮气足装置C；

所述轴承装置A，包括轴承组件(1)、模拟卫星载荷安装板(2)和配重块(3)，轴承组件包括轴承座(11)、位于轴承座上的轴承(12)和转轴(13)，转轴(13)套在轴承(12)里，模拟卫星载荷安装板(2)安装在转轴(13)上，配重块(3)安装在模拟卫星载荷安装板(2)上，用于使轴承装置A的重心位于所述转轴(13)中心；所述模拟卫星载荷安装板(2)用于安装与空间机械臂运动相关的传感器和卫星设备；

支架气足装置B，包括支架(4)和第一气足装置(5)，支架(4)安装在第一气足装置(5)上，用于固定空间机械臂b3关节；

滚轮气足装置C，包括滚轮组件(6)和第二气足装置(7)，滚轮组件(6)安装在第二气足装置(7)上，用于与空间机械臂臂杆连接，以实现空间机械臂臂杆的无摩擦滚转运动；

所述第一气足装置(5)和第二气足装置(7)结构相同，均用于实现平面内3个自由度的无摩擦运动，且高度可调节。

2.根据权利要求1所述的六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，其特征在于：所述第一气足装置(5)和第二气足装置(7)均包括平面气足组件(8)、压力传感器(9)、支杆组件(10)和弹簧组件(11)；平面气足组件(8)包括平面气足安装板(81)和均布在所述平面气足安装板(81)上的三个平面气足(82)；支杆组件(10)包括上支杆安装板(101)、下支杆安装板(102)以及均布在上支杆安装板(101)和下支杆安装板(102)之间的三根可调节高度的支杆(103)，压力传感器(9)安装在平面气足安装板(81)和下支杆安装板(102)之间；弹簧组件(11)安装在上支杆安装板(101)上，能够对第一气足装置(5)和第二气足装置(7)的高度进行微调，以实现第一气足装置(5)和第二气足装置(7)对空间机械臂的支撑。

3.根据权利要求2所述的六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，其特征在于：所述弹簧组件(11)包括弹簧上安装板(111)、弹簧下安装板(112)、四个直线导轨(113)、四个直线轴承(114)和四个弹簧(115)，四个直线导轨(113)均布在弹簧上安装板(111)上，每个直线导轨(113)上套有一个弹簧(115)，且每个直线导轨(113)套在一个直线轴承(114)中，四个直线轴承(114)安装在弹簧下安装板(112)上；所述弹簧组件(11)通过弹簧下安装板(112)安装在上支杆安装板(101)上。

4.根据权利要求1所述的六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，其特征在于：所述支架(4)为U型片状结构，用于固定空间机械臂b3关节。

5.根据权利要求1所述的六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，其特征在于：所述滚轮组件(6)包括滚轮支架(61)、滚轮安装板(62)、滚轮(63)和卡环(64)；

所述滚轮支架(61)为安装在第二气足装置(7)上的C型框架，其开口直径大于空间机械臂长臂杆的直径；滚轮安装板(62)垂直安装在滚轮支架(61)上，滚轮安装板(62)上端加工成与卡环直径相匹配的半圆形圆弧，且在所述半圆形圆弧上安装有滚轮(63)，在卡环(64)与所述半圆形圆弧相接触的外圆周上加工有导轨凹形槽，当卡环(64)安装在滚轮安装板(62)上时，所述滚轮位于所述导轨凹形槽中。

6.利用权利要求1所述的六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置的实验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将空间机械臂b1关节的转动输出端与轴承装置A的轴承(12)连接，将轴承装置A的轴承座(11)固定于支撑架上，在模拟卫星载荷安装板(2)上安装与空间机械臂运动相关的传感器和卫星设备；将空间机械臂b3关节的壳体固定于支架气足装置B的支架(4)上，将空间机械臂短臂杆末端套入安装于滚轮气足装置C的滚轮组件(6)上，且滚轮气足装置C的位置靠近空间机械臂b5关节和b6关节；

步骤二：调节轴承装置A配重块的配置，使轴承装置A的重心位于轴承(12)上转轴(13)中心；

步骤三：调节第一气足装置5和第二气足装置7的高度，使支架气足装置B和滚轮气足装置C对地面压力相同，且使用水平仪测量空间机械臂长臂杆和短臂杆保持水平；

步骤四：通过空间机械臂控制系统为空间机械臂发送指令，使空间机械臂各关节运动，实现空间机械臂在地面微重力环境下全部六个自由度的地面微重力等效实验；

步骤五：采集空间机械臂各个关节的运动状态，与发送的指令进行对比，从而判断空间机械臂各个关节在地面微重力环境下工作是否正常，如果正常，进入步骤六，否则记录运动状态与发送的指令不一致的关节，空间机械臂在地面微重力环境下全部六个自由度的地面微重力等效实验结束；

步骤六：采集安装在模拟卫星载荷安装板上的传感器和卫星设备的信息，并判断所述传感器和卫星设备的工作是否正常，如果不正常，记录不正常的信息，空间机械臂在地面微重力环境下全部六个自由度的地面微重力等效实验结束；否则，空间机械臂在地面微重力环境下全部六个自由度等效运动正常，地面微重力等效实验结束。