[发明专利]空间机械臂悬吊微重力模拟方法

说明书

本发明提供了空间机械臂悬吊微重力模拟方法，属于仿真实验领域，包括S1、安装空间机械，控制六自由度台在气浮平台上移动至试验起始位置；S2、根据六自由度台靶标点调节找准位置；S3、控制机械摆臂运动，将悬吊组件与吊点连接；S4、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；S6、空间机械臂完成试验后，控制运动至原收拢状态；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、拆卸悬吊组件试验结束。本发明消除机械臂展开时自身重力对航天器姿态的作用，同时保留机械臂较多的运动自由度及运动范围，较大范围的适应空间机械臂的展开范围。

技术领域

本发明属于仿真实验领域，涉及空间机械臂悬吊微重力模拟方法。

背景技术

通过地面设备模拟仿真航天器的特殊工作环境进行测试试验以在地面研究验证航天器结构性能是在航天领域常用的一种方法，也是研制过程中兼顾经济性和时效性的一种策略。

近年来，空间机械臂或空间机器人在太空探索和开发中承担越来越重要的任务，可以代替宇航员在恶劣的太空环境中完成如目标捕获、故障维修、垃圾清理以及星表采样等多种任务。基于空间微低重力环境及应用背景研制的空间机械臂，多具有长臂杆、多自由度，电机功率小等特性，在地面重力环境无法直接展开工作，需要微重力模拟装置卸载机械臂重力来进行试验验证。而进行捕获、维修、检测等任务的航天器现在多采用多自由度、大运动范围的双机械臂协同工作，这使得地面进行仿真验证更为困难，需要设计更为复杂和精准的微重力模拟装置和方法。

以往进行的机械臂地面微重力模拟环境展开试验，多采用气浮法或悬吊法，且机械臂安装在固定的模拟墙或支架车上。试验时，机械臂展开运动的自由度、范围有较大的限制。而且由于不用考虑机械臂对固定安装处的作用力和力矩影响，多针对机械臂主要臂杆进行重力卸载，整体采用双吊点或单吊点，虽然机械臂整体的重力进行了卸载，但是关节处的力矩有较大偏差。

在进行航天器用机械臂进行目标捕获等试验时，机械臂安装在具有六自由度活动能力的气浮平台或者并联机构上，机械臂根部安装处的力矩偏差会对航天器的姿态产生很大影响，使得捕获仿真试验失败。有时为了更真实的仿真验证航天器在捕获等试验中的状态会限制机械臂的运动。

发明内容

本发明要解决的问题是在于提供空间机械臂悬吊微重力模拟方法，采用此方法，模拟状态更接近实际应用状态，更加精确可靠，通过构建一套能够主动控制迅速响应的机械摆臂系统来控制空间机械臂各吊点位置跟随目标移动，通过特殊设计的多点悬吊结构来充分卸载掉空间机械臂的重力及多个机械臂关节的重力，消除机械臂展开时自身重力对航天器姿态的作用，同时保留机械臂较多的运动自由度及运动范围，较大范围的适应空间机械臂的展开范围。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：空间机械臂悬吊微重力模拟方法，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；

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；