[发明专利]七自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法

说明书

本发明公开的七自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及方法，属于空间机械臂微重力模拟地面实验领域。本发明包括肩部悬吊支撑架气足装置B、肘部支架气足装置C、腕部悬吊支撑支架气足装置D、七自由度机械臂A、关节悬吊轴装置E、气缸装置F、气缸装置G。七自由度机械臂包括第一臂杆A‑8、第二臂杆A‑9两根臂杆，肩部旋转关节A‑5、肩部旋转关节A‑6、肩部旋转关节A‑7三个旋转关节，肘部旋转关节A‑4，腕部旋转关节A‑1、腕部旋转关节A‑2、腕部旋转关节A‑3旋转关节。肩部与腕部属于对称结构。本发明能够模拟七自由度空间机械臂在运动过程中对其他卫星载荷和设备的姿态影响，显著改善空间机械臂在地面进行微重力等效模拟的实验效果。

技术领域

本发明涉及一种空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法，尤其涉及在地面进行七自由度的运动学模拟实验的空间机械臂地面微重力运动学等效实验装置及实验方法，属于空间机械臂微重力模拟地面实验领域。

背景技术

为对空间机械臂的动力学和运动学进行准确的研究，需要对其进行有效的空间机械臂地面微重力模拟实验，得到空间机械臂在空间中失重环境下的工作状态。

目前对空间机械臂的地面模拟实验主要使用两种装置：吊丝装置和平面气浮装置。吊丝装置可以实现多个自由度的运动，但是受到的干扰力很大；平面气浮装置可以实现X、Y两个方向的干扰力很小的平动，但是因其仅仅能支持空间机械臂2-3个自由度的运动，无法同时实现全部自由度的耦合联动，因此需要对多自由度空间机械臂的卸载装置进行适当的选择搭配才能实现对全部自由度的模拟。而且上面两种方法均无法验证空间机械臂在运动过程中对其它卫星载荷和设备的影响，因此实验仍然不具备和空间失重环境等效的情况。

此外，现有的空间机械臂多为灵敏度低，自由度较少，只能单一的完成一些简单的工作，臂杆较长，柔性大，使得与机械臂末端连接的执行器执行精度降低，准确性低并且其结构复杂成本高。因此，增加机械臂的自由度，提高其末端执行器的操作精度和灵活性是需要解决的问题。

发明内容

针对现有空间机械臂灵敏度低，自由度较少、臂杆较长、柔性大，以及现有空间机械臂地面微重力模拟方法受到干扰力很大以及只能实现低自由度的运动模拟而无法实现多自由度的耦合运动模拟等问题，本发明公开的七自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法要解决的技术问题是：模拟七自由度空间机械臂在运动过程中对其他卫星载荷和设备的姿态影响，显著改善空间机械臂在地面进行微重力等效模拟的实验效果。

所述七自由度由肘部一个旋转关节、肩部三个旋转关节、腕部三个旋转关节实现。

本发明的目的是通过下述技术解决方案实现的：

本发明公开的七自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，包括肩部悬吊支撑架气足装置B、肘部支架气足装置C、腕部悬吊支撑支架气足装置D、七自由度机械臂A、关节悬吊轴装置E、气缸装置F、气缸装置G。

七自由度机械臂包括第一臂杆A-8、第二臂杆A-9两根臂杆，肩部旋转关节A-5、肩部旋转关节A-6、肩部旋转关节A-7三个旋转关节，肘部旋转关节A-4，腕部旋转关节A-1、腕部旋转关节A-2、腕部旋转关节A-3旋转关节。肩部旋转关节A-5、肩部旋转关节A-6、肩部旋转关节A-7三个旋转关节组成肩部。腕部旋转关节A-1、腕部旋转关节A-2、腕部旋转关节A-3旋转关节组成腕部，肩部与腕部属于对称结构。所述七自由度指分别绕上述七个关节轴线旋转的自由度。

根据机械臂地面微重力等效实验需要，与肩部旋转关节A-7连接的末端执行器与实验对象连接或悬空。肩部旋转关节A-6一端与肩部旋转关节A-7连接，另一端与肩部旋转关节A-5连接，肩部旋转关节A-5与肩部悬吊支撑架气足装置B上的关节支撑架B-9机械连接，而A-5关节侧面孔与第一臂杆A-8连接。此外，肩部旋转关节B-6还与安装在肩部悬吊支撑架A上的关节悬吊轴装置E连接；肩部B-7关节还与肩部悬臂支撑架上的气缸装置F连接。