專利名稱：空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，屬于航空航天領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間機械臂是深入開展載人航天以及深空探測活動必不可少的工具，它在空間站系統(tǒng)中承擔(dān)著艙段捕獲與轉(zhuǎn)移、儀器設(shè)備轉(zhuǎn)移與安裝、輔助航天員作業(yè)等功能?？臻g機械臂系統(tǒng)屬于大型空間設(shè)備，具備承載能力大、定位精度高、柔性特性明顯等特點，技術(shù)縱深大，交叉學(xué)科和關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)多，涉及機、電、熱、控等多個學(xué)科方面的技術(shù)，是一個多學(xué)科集成化、一體化的典型系統(tǒng)。為了驗證空間機械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性以及任務(wù)過程中的可靠性，需要在地面建立一個實驗驗證模擬裝置。目前，國內(nèi)的大型空間機械臂的地面模擬裝置都是通過理論與實驗相結(jié)合，通過高精度動態(tài)測量技術(shù)與理論模型修正，得到用于任務(wù)驗證的機械臂精確動力模型與面向在軌應(yīng)用的實時動力學(xué)模型。這些動力學(xué)模型的實際機構(gòu)與空間機械臂的實際結(jié)構(gòu)相差無幾。因而這些空間機械臂地面模擬裝置都是體積大、質(zhì)量大、耗資大并且實驗驗證周期長。另外，實際空間機械臂在工作過程中都會涉及到大負(fù)載情況，實際的大負(fù)載質(zhì)量可以達到二十五噸，這在現(xiàn)有的大型空間機械臂地面模擬裝置上無法實現(xiàn)；隨著空間機械臂關(guān)節(jié)在工作過程中會產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致關(guān)節(jié)間隙增大，機構(gòu)的特性退化，而現(xiàn)有的地面模擬裝置也無法調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)間隙，故無法模擬空間機械臂在工作過程中因磨損而產(chǎn)生的關(guān)節(jié)間隙增大這一情況；現(xiàn)有的空間機械臂模擬裝置的臂桿剛度也是不可調(diào)的。綜上，現(xiàn)有的空間機械臂柔性關(guān)節(jié)模擬裝置難以實現(xiàn)柔性大負(fù)載、關(guān)節(jié)間隙可調(diào)的模擬試驗以及試驗驗證周期長、耗資巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的空間機械臂柔性關(guān)節(jié)模擬裝置難以實現(xiàn)柔性大負(fù)載、關(guān)節(jié)間隙可調(diào)的模擬試驗以及試驗驗證周期長、耗資巨大的問題，進而提供一種空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置包括電機固定座、驅(qū)動電機、調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤、盤形延長軸、驅(qū)動連接桿、柔性彈片、負(fù)載固定框、重物、氣浮足、兩個力傳感器、兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘、兩個螺釘固定座；驅(qū)動電機通過電機固定座固裝在試驗臺上，驅(qū)動電機的輸出軸朝上豎直設(shè)置，調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤與驅(qū)動電機的輸出軸固接，盤形延長軸固裝在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤的上端面上且盤形延長軸與驅(qū)動電機的輸出軸同軸設(shè)置，驅(qū)動連接桿的一端與盤形延長軸轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動連接桿的另一端與柔性彈片的一端固定連接，柔性彈片的另一端與負(fù)載固定框的側(cè)壁固接，重物設(shè)置在負(fù)載固定框內(nèi)，負(fù)載固定框固定在氣浮足的上端面上；兩個螺釘固定座關(guān)于驅(qū)動連接桿對稱設(shè)置在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤的上端面上，每個螺釘固定座上設(shè)置有一個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘，兩個力傳感器對稱設(shè)置在驅(qū)動連接桿的兩側(cè)壁上，兩個力傳感器與兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘同軸設(shè)置。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置通過兩個調(diào)節(jié)間隙內(nèi)六角螺釘可根據(jù)不同的情況實時調(diào)節(jié)與兩個力傳感器之間的間隙，本發(fā)明的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的負(fù)載部分可以調(diào)節(jié)，氣浮足保證裝置的空間零重力模擬狀態(tài)；柔性彈片具有柔性，本發(fā)明的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的剛度可以通過更換不同的柔性彈片來調(diào)節(jié)；與現(xiàn)有的空間機械臂柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的空間及重載條件下地面實驗驗證很難實現(xiàn)相比，通過兩個力傳感器做到實時在線動態(tài)測量，大大縮短了驗證周期，通過采集得到的數(shù)據(jù)和驅(qū)動電機的輸入信號驗證柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的力學(xué)性能；本發(fā)明的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置是一個空間大型機械臂基于載荷和頻率等效的具有柔性負(fù)載的縮比模型，比實際的空間機械臂在尺寸上小了很多，可置于一般的實驗室進行實驗驗證，大大節(jié)省了實驗投資。


圖1是本發(fā)明的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的立體圖。
具體實施例方式具體實施方式
一:如圖1所示，本實施方式的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置包括電機固定座1、驅(qū)動電機2、調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3、盤形延長軸5、驅(qū)動連接桿7、柔性彈片11、負(fù)載固定框12、重物13、氣浮足14、兩個力傳感器8、兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘9、兩個螺釘固定座10 ;驅(qū)動電機2通過電機固定座I固裝在試驗臺上，驅(qū)動電機2的輸出軸朝上豎直設(shè)置，調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3與驅(qū)動電機2的輸出軸固接，盤形延長軸5固裝在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3的上端面上且盤形延長軸5與驅(qū)動電機2的輸出軸同軸設(shè)置，驅(qū)動連接桿7的一端與盤形延長軸5轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動連接桿7的另一端與柔性彈片11的一端固定連接，柔性彈片11的另一端與負(fù)載固定框12的側(cè)壁固接，重物13設(shè)置在負(fù)載固定框12內(nèi)，負(fù)載固定框12固定在氣浮足14的上端面上；兩個螺釘固定座10關(guān)于驅(qū)動連接桿7對稱設(shè)置在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3的上端面上，每個螺釘固定座10上設(shè)置有一個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘9，兩個力傳感器8對稱設(shè)置在驅(qū)動連接桿7的兩側(cè)壁上，兩個力傳感器8與兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘9同軸設(shè)置。電機固定座I放置于光滑水平的實驗臺上，將驅(qū)動電機2用四個螺栓和電機固定座I連接起來，這樣，可以保證驅(qū)動電機2在運轉(zhuǎn)地時電機的候穩(wěn)定和電機輸出軸的豎直；如果電機輸出軸直接作用到驅(qū)動連接桿7上的話，就無法模擬關(guān)節(jié)內(nèi)部的碰撞情況更不能實現(xiàn)間隙可調(diào)的碰撞。所以，電機輸出軸通過平鍵4將電機的運動情況傳給調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3，使得驅(qū)動電機2的轉(zhuǎn)動和調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3的運動一致，然后靠調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3帶動驅(qū)動連接桿7轉(zhuǎn)動，在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3的上方和電機輸出軸同回轉(zhuǎn)軸的地方固定一個盤形延長軸5，使得驅(qū)動連接桿7在受調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3的力的作用的時候繞著電機輸出軸的回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，而驅(qū)動連接桿7和盤形延長軸5之間相互接觸并存在相對運動；需要模擬的關(guān)節(jié)不同，其內(nèi)部的間隙也不相同，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)間隙螺釘9來實現(xiàn)間隙調(diào)節(jié)，并通過固定在驅(qū)動連接桿7上的力傳感器8測得調(diào)間隙螺釘9和驅(qū)動連接桿7之間力的動態(tài)關(guān)系，可以測得驅(qū)動力也可以是碰撞過程中某一時刻的瞬時力；
根據(jù)不同的負(fù)載重量調(diào)節(jié)柔性彈片11的剛度，進而控制機械臂的振動頻率。負(fù)載固定框12和重量可調(diào)節(jié)的重物13通過螺栓和螺母緊固在一起，氣浮足14和負(fù)載固定框12也通過螺栓和螺釘連接起來，共同構(gòu)成了裝置的負(fù)載部分；調(diào)節(jié)氣浮足便可以模擬機械臂在零重力條件下的運動，該套裝置實現(xiàn)了基于載荷和頻率等效的氣浮零重力縮比實驗驗證。
具體實施方式
二:如圖1所示，本實施方式驅(qū)動連接桿7的一端通過兩個深溝球軸承與盤形延長軸5的上部轉(zhuǎn)動連接，兩個深溝球軸承上下對應(yīng)套裝在盤形延長軸5上。如此設(shè)置，軸承的內(nèi)圈和盤形延長軸5緊密配合，軸承的外圈和驅(qū)動連接桿7緊密配合，滾動滑動效果好。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:如圖1所示，本實施方式所述盤形延長軸5由固定圓盤5-1和延長軸5-2構(gòu)成,延長軸5-2與固定圓盤5-1同軸固裝為一體。如此設(shè)計，便于盤形延長軸5固定在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3上。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式所述所述柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的回轉(zhuǎn)半徑為785mm。如此設(shè)計，可置于一般的實驗室進行實驗驗證，無需較大的實驗投資。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。工作原理:首先給驅(qū)動電機2輸入一個信號使電機軸做變速運動，根據(jù)電機控制器反饋的信息看信號跟蹤是否良好；驅(qū)動電機2帶動調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動的過程中，由于是變速運動，故調(diào)間隙螺釘會和驅(qū)動連接桿7發(fā)生碰撞接觸，碰撞力由對稱放置于驅(qū)動連接桿7兩側(cè)的力傳感器8采集。根據(jù)采集到數(shù)據(jù)結(jié)合驅(qū)動電機的輸入信號獲得機械臂關(guān)節(jié)的運動狀態(tài)，測試其動力學(xué)特性。通過調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘9改變關(guān)節(jié)的間隙大小，模擬機械臂關(guān)節(jié)在長期工作關(guān)節(jié)磨損后關(guān)節(jié)間隙變大的情況。通過更換不同剛度的柔性彈片11可以實現(xiàn)不同剛度機械臂的地面模擬試驗。通過精確的動態(tài)測量，可以模擬空間機械臂在不同條件下的力學(xué)特性，驗證空間機械臂設(shè)計的合理性和工作過程中的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，其特征在于:所述柔性關(guān)節(jié)模擬裝置包括電機固定座(I)、驅(qū)動電機(2)、調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤(3)、盤形延長軸(5)、驅(qū)動連接桿(7)、柔性彈片(11)、負(fù)載固定框(12)、重物(13)、氣浮足(14)、兩個力傳感器(8)、兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘(9)、兩個螺釘固定座(10);驅(qū)動電機(2)通過電機固定座⑴固裝在試驗臺上，驅(qū)動電機(2)的輸出軸朝上豎直設(shè)置，調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤(3)與驅(qū)動電機(2)的輸出軸固接，盤形延長軸(5)固裝在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤(3)的上端面上且盤形延長軸(5)與驅(qū)動電機(2)的輸出軸同軸設(shè)置，驅(qū)動連接桿(7)的一端與盤形延長軸(5)轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動連接桿(7)的另一端與柔性彈片(11)的一端固定連接，柔性彈片(11)的另一端與負(fù)載固定框(12)的側(cè)壁固接，重物(13)設(shè)置在負(fù)載固定框(12)內(nèi)，負(fù)載固定框(12)固定在氣浮足(14)的上端面上；兩個螺釘固定座(10)關(guān)于驅(qū)動連接桿(7)對稱設(shè)置在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤(3)的上端面上，每個螺釘固定座(10)上設(shè)置有一個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘(9)，兩個力傳感器(8)對稱設(shè)置在驅(qū)動連接桿(7)的兩側(cè)壁上，兩個力傳感器(8)與兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘(9)同軸設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，其特征在于:驅(qū)動連接桿(7)的一端通過兩個深溝球軸承與盤形延長軸(5)的上部轉(zhuǎn)動連接，兩個深溝球軸承上下對應(yīng)套裝在盤形延長軸(5)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，其特征在于:所述盤形延長軸(5)由固定圓盤(5-1)和延長軸(5-2)構(gòu)成,延長軸(5-2)與固定圓盤(5-1)同軸固裝為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，其特征在于:所述柔性關(guān)節(jié)模擬裝置的回轉(zhuǎn)半徑為785mm。
全文摘要
空間機械臂間隙可調(diào)的柔性關(guān)節(jié)模擬裝置，它涉及一種柔性關(guān)節(jié)模擬裝置。本發(fā)明為解決現(xiàn)有的空間機械臂柔性關(guān)節(jié)模擬裝置難以實現(xiàn)柔性大負(fù)載、關(guān)節(jié)間隙可調(diào)的模擬試驗以及試驗驗證周期長、耗資巨大的問題。驅(qū)動連接桿的一端與盤形延長軸轉(zhuǎn)動連接，驅(qū)動連接桿的另一端與柔性彈片的一端固定連接，柔性彈片的另一端與負(fù)載固定框的側(cè)壁固接，重物設(shè)置在負(fù)載固定框內(nèi)，負(fù)載固定框固定在氣浮足的上端面上；兩個螺釘固定座關(guān)于驅(qū)動連接桿對稱設(shè)置在調(diào)間隙轉(zhuǎn)盤的上端面上，每個螺釘固定座上設(shè)置有一個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘，兩個力傳感器對稱設(shè)置在驅(qū)動連接桿的兩側(cè)壁上，兩個力傳感器與兩個調(diào)間隙內(nèi)六角螺釘同軸設(shè)置。本發(fā)明用于驗證柔性關(guān)節(jié)模擬裝置力學(xué)性能。
文檔編號B25J9/08GK103158150SQ201310116010
公開日2013年6月19日 申請日期2013年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月3日
發(fā)明者魏承, 馬聰, 劉天喜, 潘東, 張越 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)