[发明专利]空间机械臂悬吊微重力模拟方法

权利要求书

1.空间机械臂悬吊微重力模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、将空间机械臂以收拢状态安装在六自由度台上，控制六自由度台在气浮平台上移动至试验起始位置；

S2、控制全向移动平台移动使微重力模拟装置移动至六自由度台附近位置，根据六自由度台靶标点调节找准位置；

微重力模拟装置包括机械摆臂安装平台、六自由度台和相机，所述六自由度台设在气浮平台上；

所述相机，实时测量六自由度台上的靶标点，得出六自由度台的位置与姿态变化，进而通过控制系统，控制机械摆臂安装平台跟随六自由度台运动；

所述机械摆臂安装平台包括全向移动平台、配重与机械摆臂支架，全向移动平台在平面内全向移动；所述配重；用于将全向移动平台与机械摆臂的整体质心配平；机械摆臂支架，其运动用来对全向移动平台的运动精度进行补偿；

相机安装在所述机械摆臂支架上，所述机械摆臂支架通过重力卸载及随动组件保证下端的空间机械臂相对六自由度台精度运动；

S3、控制机械摆臂运动，使机械摆臂的悬吊组件移动到空间机械臂相应吊点位置，将悬吊组件与吊点连接；

S4、控制六自由度台在气浮平台移动到靠近捕获目标的相应位置，控制全向移动平台跟随六自由度台移动；

S5、控制空间机械臂展开，顺序是先向外侧展开小臂杆，再控制大臂杆、小臂杆联动使末端执行关节靠近捕获目标，同时控制机械摆臂跟随空间机械臂运动，使悬吊组件时刻保持在吊点上方；

S6、空间机械臂完成试验后，控制运动至原收拢状态，控制机械摆臂跟随空间机械臂运动，使悬吊组件时刻保持在吊点上方；

S7、六自由度台移动至停放位置后，关闭气源，支撑固定六自由度台；

S8、拆卸悬吊组件，移动全向移动平台离开六自由度台位置至停放位置，关闭气源电源，试验结束。

2.根据权利要求1所述的空间机械臂悬吊微重力模拟方法，其特征在于：在步骤S1中，将需要卸载重力的空间机械臂简化为均匀质量的关节与臂杆结构，空间机械臂包括依次设置且发生运动的肩部偏转关节、大臂杆、肘部关节、小臂杆、腕部偏转关节、腕部滚转关节和末端执行关节；

空间机械臂的肩部滚转关节、肩部俯仰关节和肩部偏转关节形成根部关节；

设定以下参数定义，根部关节、肘部关节、腕部偏转关节质量为m1kg，小臂末端偏转关节、末端执行关节重量为m2kg，大臂、小臂为m3kg，根部关节与肘部关节距离D1mm，肘部距离腕部偏转关节D2mm，腕部距离末端执行关节D3mm，大臂杆根部吊点力为F1，位于距离根部关节D6mm处；肘部吊点力为F2；小臂末端吊点力为F3,位于距离肘部关节D4mm处；腕部吊点力为F4；末端执行关节吊点力为F5，平衡块距离腕部吊点D5mm，重力为G1,则有腕部吊点和末端吊点汇合吊点力Fa＝F4+F5+G1，位于腕部偏转关节中心上方；小臂末端吊点F3与Fa通过异形横连杆机构汇合为吊点Fb，Fb吊点与机械摆臂B的小摆臂吊点对应连接，每个吊点出的力矩平衡设置；F3距离Fb为x,Fa距离Fb为y，x和y的数值合是定数。

3.根据权利要求2所述的空间机械臂悬吊微重力模拟方法，其特征在于：空间机械臂的肩部滚转关节和肩部俯仰关节固定在六自由度台上，在试验过程相对六自由度台不发生位置姿态的变化，其重力由六自由度台上配重调节平衡，不进行悬吊重力卸载。

4.根据权利要求2所述的空间机械臂悬吊微重力模拟方法，其特征在于：F5＝m2kgf，F4＝m1kgf；

Fa处力矩平衡，

Fa＝F4+F5+G1＝13.78kgf；

F3：小臂及小臂末端关节卸载重力，考虑肘部力矩平衡，

计算确定F3的数值，Fb＝F3+Fa；

Fb处力矩平衡，设F3距离Fb为x,Fa距离Fb为y，则有：

计算x和y的数值，即可确定Fb位置；

F1+F2+F3，为根部关节、大臂、肘部关节、小臂、小臂末端偏转关节的重力之和且根部力矩为0，则：

计算得出F1和F2的数值；

将计算得出的F1，F2，F3值代入计算肘关节处力矩，有：

两侧数值相逢，空间机械臂各处的重力卸载。