[发明专利]一种空间机器人臂载抛射的地面物理验证系统及应用方法

说明书

本发明公开了一种空间机器人臂载抛射的地面物理验证系统及应用方法，地面物理验证系统包括试验台、第一本体、第二本体、空间机械臂、弹射装置、锁紧机构、抛射物、气足和供气系统；试验台为光滑平台，第一本体、第二本体、空间机械臂、抛射物和弹射装置通过气足支撑；试验开始时，锁紧机构锁紧抛射物，抛射时，锁紧机构打开，抛射物被弹射装置弹出，第二本体实时测量抛射物的速度、位置和姿态信息，第一本体实时测量空间机械臂的速度、位置和姿态信息，以验证空间机器人臂载抛射过程是否达到预期效果。本发明能够在地面降维度模拟空间机器人臂载抛射过程及抛射后漂浮基空间机器人位姿变化情况，验证空间机器人臂载抛射控制算法的可行性和有效性。

技术领域

本发明涉及一种空间机器人臂载抛射的地面物理验证系统，属于空间机器人地面试验验证领域。

背景技术

由于空间机器人空间作业的模拟试验需要在地面进行，因此空间机器人地面试验验证系统要在地面模拟太空的微重力环境，通过各种重力补偿的方式抵消空间机器人所受到的重力影响，模拟验证空间机器人各关节的活动能力、整体运动性能等指标,并进行机器人空间作业的模拟试验。一方面验证空间系统上所采用的理论、方法是否合理，为下一步的空间实验提供依据；另一方面及时发现结构、性能等方面的缺陷或故障，并进行改进和完善，保证机器人在太空环境中能执行并完成各种规划任务。

随着航天技术的不断发展，机器人臂载抛射在空间中的应用越来越多，如何在地面验证空间机器人臂载抛射控制算法的可行性和有效性，就变得愈加迫切。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间机器人臂载抛射的地面物理验证系统及应用方法，能够在地面降维度模拟空间机器人臂载抛射过程及抛射后漂浮基空间机器人位姿变化情况，验证空间机器人臂载抛射控制算法的可行性和有效性。

本发明的技术解决方案是：

一种空间机器人臂载抛射的地面物理验证系统，包括试验台、第一本体、第二本体、空间机械臂、弹射装置、锁紧机构、抛射物、气足和供气系统；

试验台为光滑平台，气足位于试验台上，第一本体、第二本体、空间机械臂、抛射物和弹射装置通过气足支撑；

空间机械臂基座固定在第一本体上，空间机械臂末端与弹射装置连接，锁紧机构一端与弹射装置连接，另一端用于抱紧或松开抛射物，抛射物同时固定在第二本体上；供气系统用于为气足供气；

试验开始时，锁紧机构锁紧抛射物，抛射时，锁紧机构打开，抛射物被弹射装置弹出，第二本体实时测量抛射物的速度、位置和姿态信息，第一本体实时测量空间机械臂的速度、位置和姿态信息，以验证空间机器人臂载抛射过程是否达到预期效果。

还包括控制器和人机交互单元；

用户根据需要通过人机交互单元向控制器输入机械臂关节角、电机转动角度及锁紧机构打开或锁紧指令；控制器根据上述指令控制机械臂各个关节运动、电机转动及锁紧机构打开或锁紧，并把机械臂各个关节角、电机转动角度及锁紧机构打开或锁紧状态实时反馈给人机交互单元显示；

同时人机交互单元能够实时接收第二本体及第一本体的测量信息并显示。

所述弹射装置包括电机、滚珠丝杠副、弹簧机构和外壳，外壳与空间机械臂的末端连接，电机固定在外壳内部，电机输出轴与滚珠丝杠副一端连接，滚珠丝杠副另一端与弹簧机构连接；电机、滚珠丝杠副和弹簧机构均位于外壳内部。

控制器与人机交互单元之间，人机交互单元与第一本体之间、人机交互单元与第二本体之间均通过EtherCAT网络通信。

第一本体中安装有第一惯性测量单元，用于实时测量空间机械臂的速度、位置和姿态信息；第二本体中安装有第二惯性测量单元，用于实时测量抛射物的速度、位置和姿态信息。

试验台由大理石材料铺成，平面度为1μm/m。