三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置制造方法
【專利摘要】三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，它涉及一種重力補償裝置。本發(fā)明為解決目前沒有六自由度空間機械臂在地面進行空間模擬實驗的重力補償系統(tǒng)的問題。定小臂的一端固裝在主回轉(zhuǎn)軸的軸心上，主回轉(zhuǎn)臂的一端與主回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；主回轉(zhuǎn)臂的另一端與大回轉(zhuǎn)軸的上端轉(zhuǎn)動連接，大回轉(zhuǎn)臂的一端安裝在大回轉(zhuǎn)軸的下端；大回轉(zhuǎn)臂的另一端與小回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)臂的一端安裝在小回轉(zhuǎn)軸的下端；定小臂與六自由度空間機械臂的第一連桿通過一套吊絲配重系統(tǒng)連接，大回轉(zhuǎn)臂與六自由度空間機械臂的第二連桿通過一套吊絲配重系統(tǒng)連接。本發(fā)明用于懸掛式六自由度空間機械臂在地面進行空間模擬實驗的重力補償。
【專利說明】三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間機械臂重力補償裝置，具體涉及一種三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]六自由度空間機械臂分系統(tǒng)是空間機器人系統(tǒng)的重要組成部分。在完成實驗室研制階段應進行機械臂的功能驗證、運動學算法驗證，在總裝場要實現(xiàn)機械臂與衛(wèi)星本體的安裝，安裝后還要驗證機械臂的功能和測試機械臂的運動精度。上述過程都要在地面完成，而機械臂是按照太空失重環(huán)境要求設(shè)計的，在地面試驗中，如果不進行重力補償，重力的作用將會在各關(guān)節(jié)部位產(chǎn)生較大的力和力矩，會導致驅(qū)動電機無法正常運轉(zhuǎn)，甚至損壞機械臂。因此，需要研制六自由度空間機械臂重力補償系統(tǒng)，重力補償?shù)哪康氖且诘孛嫔夏M空間的零重力環(huán)境，以實現(xiàn)對空間機械臂的控制，進行太空環(huán)境中機械臂運動模擬試驗。
[0003]綜上，目前沒有六自由度空間機械臂在地面進行空間模擬實驗的重力補償系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決目前沒有六自由度空間機械臂在地面進行空間模擬實驗的重力補償系統(tǒng)的問題，進而提供了一種三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置包括主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)、小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)和三套吊絲配重系統(tǒng)，主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)和小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)依次連接；
[0007]主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)包括主回轉(zhuǎn)軸、主回轉(zhuǎn)臂和定小臂，主回轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第一關(guān)節(jié)同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)軸的上端固定在基座上，定小臂水平設(shè)置，定小臂的一端固裝在主回轉(zhuǎn)軸的軸心上，主回轉(zhuǎn)臂水平設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂的一端與主回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；
[0008]大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)包括大回轉(zhuǎn)軸和大回轉(zhuǎn)臂，大回轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第二關(guān)節(jié)同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂的另一端與大回轉(zhuǎn)軸的上端轉(zhuǎn)動連接，大回轉(zhuǎn)臂水平設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂的一端安裝在大回轉(zhuǎn)軸的下端上且大回轉(zhuǎn)臂與大回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；
[0009]小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)包括小回轉(zhuǎn)軸和小回轉(zhuǎn)臂，小回轉(zhuǎn)軸豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第三關(guān)節(jié)同軸設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂的另一端與小回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)臂水平設(shè)置，小回轉(zhuǎn)臂的一端安裝在小回轉(zhuǎn)軸的下端上且小回轉(zhuǎn)臂與小回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動連接；
[0010]定小臂與六自由度空間機械臂的第一連桿通過一套吊絲配重系統(tǒng)連接，大回轉(zhuǎn)臂與六自由度空間機械臂的第三連桿通過一套吊絲配重系統(tǒng)連接，小回轉(zhuǎn)臂與六自由度空間機械臂的第四連桿通過一套吊絲配重系統(tǒng)連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置采用三個串聯(lián)回轉(zhuǎn)機構(gòu)對六自由度空間機械臂的三個固定吊點進行懸掛，六自由度空間機械臂的三個固定吊點位于六自由度空間機械臂的第一連桿、第二連桿和第三連桿上，三個固定吊點通過吊絲配重系統(tǒng)對應連接在定小臂、大回轉(zhuǎn)臂和小回轉(zhuǎn)臂上；主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的主回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第一關(guān)節(jié)同軸設(shè)置，因此主回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第二連桿運動，大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的大回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第二關(guān)節(jié)同軸，因此大回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第三連桿運動；小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的小回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第三關(guān)節(jié)同軸，因此小回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第四連桿運動，有效地解決了六自由度空間機械臂在地面進行模擬實驗時候的重力補償問題，安全方便有效，具有較高的可靠性和良好的可擴展性；
[0013]本發(fā)明的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單、可操作能力強，跟隨效果好的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是【具體實施方式】一中吊絲配重系統(tǒng)14的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:如圖1?2所示，本實施方式的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置包括主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)11、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)12、小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)13和三套吊絲配重系統(tǒng)14，主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)11、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)12和小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)13依次連接；
[0016]主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)11包括主回轉(zhuǎn)軸11-1、主回轉(zhuǎn)臂11-2和定小臂11_3，主回轉(zhuǎn)軸11-1豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第一關(guān)節(jié)2同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)軸ll-ι的上端固定在基座上，定小臂11-3水平設(shè)置，定小臂11-3的一端固裝在主回轉(zhuǎn)軸11-1的軸心上，主回轉(zhuǎn)臂11-2水平設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂11-2的一端與主回轉(zhuǎn)軸11-1轉(zhuǎn)動連接；
[0017]大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)12包括大回轉(zhuǎn)軸12-1和大回轉(zhuǎn)臂12-2，大回轉(zhuǎn)軸12_1豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第二關(guān)節(jié)4同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂11-2的另一端與大回轉(zhuǎn)軸12-1的上端轉(zhuǎn)動連接，大回轉(zhuǎn)臂12-2水平設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂12-2的一端安裝在大回轉(zhuǎn)軸12-1的下端上且大回轉(zhuǎn)臂12-2與大回轉(zhuǎn)軸12-1轉(zhuǎn)動連接；
[0018]小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)13包括小回轉(zhuǎn)軸13-1和小回轉(zhuǎn)臂13-2，小回轉(zhuǎn)軸13_1豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第三關(guān)節(jié)6同軸設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂12-2的另一端與小回轉(zhuǎn)軸13-1轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)臂13-2水平設(shè)置，小回轉(zhuǎn)臂13-2的一端安裝在小回轉(zhuǎn)軸13-1的下端上且小回轉(zhuǎn)臂13-2與小回轉(zhuǎn)軸13-1轉(zhuǎn)動連接；
[0019]定小臂11-3與六自由度空間機械臂的第一連桿I通過一套吊絲配重系統(tǒng)14連接，大回轉(zhuǎn)臂12-2與六自由度空間機械臂的第三連桿5通過一套吊絲配重系統(tǒng)14連接，小回轉(zhuǎn)臂13-2與六自由度空間機械臂的第四連桿7通過一套吊絲配重系統(tǒng)14連接。
[0020]主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的主回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第一關(guān)節(jié)同軸設(shè)置，因此主回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第二連桿3運動，大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的大回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第二關(guān)節(jié)同軸，因此大回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第三連桿5運動；小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)中的小回轉(zhuǎn)軸與六自由度空間機械臂的第三關(guān)節(jié)同軸，因此小回轉(zhuǎn)臂跟隨六自由度空間機械臂的第四連桿7運動。
[0021]本發(fā)明的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置重力補償機構(gòu)采用柱坐標式主旋轉(zhuǎn)臂套副旋轉(zhuǎn)臂的方式，本發(fā)明的重力補償裝置的運動均為單軸旋轉(zhuǎn)運動。如此設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單、跟隨能力強，控制方便。
[0022]【具體實施方式】二:如圖1?2所示，本實施方式吊絲配重系統(tǒng)14包括吊繩14-1、定滑輪14-2和配重塊14-3，定小臂11-3、大回轉(zhuǎn)臂12_2和小回轉(zhuǎn)臂13_2上均安裝有一個定滑輪14-2，每個定滑輪14-2上安裝有一根吊繩14-1，吊繩14_1的一端連接有配重塊14_3，吊繩14-1的另一端與對應的六自由度空間機械臂連桿相連接。如此設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，并且便于調(diào)整各個吊點的配重，為重力補償提供方便。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0023]【具體實施方式】三:如圖1所示，本實施方式所述重力補償裝置還包括第一軸套15，第一軸套15套裝在主回轉(zhuǎn)軸11-1上，主回轉(zhuǎn)臂11-2的一端固裝在第一軸套15的外壁上。如此設(shè)計，可以使主回轉(zhuǎn)軸11-1方便的繞著主回轉(zhuǎn)臂11-2轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單，方便靈活。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0024]【具體實施方式】四:如圖1所示，本實施方式所述重力補償裝置還包括第二軸套16，第二軸套16套裝在大回轉(zhuǎn)軸12-1上，主回轉(zhuǎn)臂11-2的另一端固裝在第二軸套16的外壁上。如此設(shè)計，可以使大回轉(zhuǎn)軸12-1方便的帶動大回轉(zhuǎn)臂12-2轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單，方便靈活。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0025]【具體實施方式】五:如圖1所示，本實施方式所述重力補償裝置還包括第三軸套17，
[0026]第三軸套17套裝在小回轉(zhuǎn)軸13-1上，大回轉(zhuǎn)臂12-2的另一端固裝在第三軸套17的外壁上。如此設(shè)計，可以使小回轉(zhuǎn)軸13-1方便的帶動小回轉(zhuǎn)臂13-2轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡單，方便靈活。其它組成及連接關(guān)系與【具體實施方式】一、二或四相同。
[0027]工作原理:
[0028]本發(fā)明采用隨動控制方法對空間機械臂進行重力補償。安裝時，重力補償裝置的主回轉(zhuǎn)軸ll-ι與機械臂的第一關(guān)節(jié)2同軸，大回轉(zhuǎn)軸12-1與第二關(guān)節(jié)4同軸，小回轉(zhuǎn)軸13-1與第三關(guān)節(jié)6同軸；另外采用三套吊絲配重系統(tǒng)14分別對選定好的三對懸掛點進行懸掛，然后調(diào)節(jié)吊絲配重系統(tǒng)的配重塊14-3使空間機械臂達到重力補償?shù)男Ч?br> [0029]工作時，當空間機械臂的第一關(guān)節(jié)2、第二關(guān)節(jié)4和第三關(guān)節(jié)6產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時，重力補償裝置不跟隨產(chǎn)生運動；當空間機械臂的第一關(guān)節(jié)2產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時，重力補償裝置的主回轉(zhuǎn)軸11-1跟隨第一關(guān)節(jié)2產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動主回轉(zhuǎn)臂11-2跟隨第二連桿3運動，使大回轉(zhuǎn)軸12-1的軸線始終與第二關(guān)節(jié)4的軸線重合；當空間機械臂的第二關(guān)節(jié)4產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時，重力補償裝置的大回轉(zhuǎn)軸12-1跟隨空間機械臂的第二關(guān)節(jié)4產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動大回轉(zhuǎn)臂12-2跟隨第三連桿5運動，使小回轉(zhuǎn)軸13-1的軸線始終與第三關(guān)節(jié)6的軸線重合；當空間機械臂的第三關(guān)節(jié)6產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動時，重力補償裝置的小回轉(zhuǎn)軸13-1跟隨空間機械臂的第三關(guān)節(jié)6產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，帶動小回轉(zhuǎn)臂13-2跟隨第四連桿7運動。如此一來即可完成對空間機械臂的重力補償，可以進行空間機械臂的隨動控制和被動的重力調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.一種三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:所述重力補償裝置包括主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(11)、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(12)、小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(13)和三套吊絲配重系統(tǒng)(14)，主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(11)、大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(12)和小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(13)依次連接； 主回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(11)包括主回轉(zhuǎn)軸(11-1)、主回轉(zhuǎn)臂(11-2)和定小臂(11-3)，主回轉(zhuǎn)軸(11-1)豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第一關(guān)節(jié)(2)同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)軸(11-1)的上端固定在基座上，定小臂(11-3)水平設(shè)置，定小臂(11-3)的一端固裝在主回轉(zhuǎn)軸(11-1)的軸心上，主回轉(zhuǎn)臂(11-2)水平設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂(11-2)的一端與主回轉(zhuǎn)軸(11-1)轉(zhuǎn)動連接； 大回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(12)包括大回轉(zhuǎn)軸(12-1)和大回轉(zhuǎn)臂(12-2)，大回轉(zhuǎn)軸(12-1)豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第二關(guān)節(jié)(4)同軸設(shè)置，主回轉(zhuǎn)臂(11-2)的另一端與大回轉(zhuǎn)軸(12-1)的上端轉(zhuǎn)動連接，大回轉(zhuǎn)臂(12-2)水平設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂(12-2)的一端安裝在大回轉(zhuǎn)軸(12-1)的下端上且大回轉(zhuǎn)臂(12-2)與大回轉(zhuǎn)軸(12-1)轉(zhuǎn)動連接； 小回轉(zhuǎn)臂機構(gòu)(13)包括小回轉(zhuǎn)軸(13-1)和小回轉(zhuǎn)臂(13-2)，小回轉(zhuǎn)軸(13-1)豎直設(shè)置且與六自由度空間機械臂的第三關(guān)節(jié)(6)同軸設(shè)置，大回轉(zhuǎn)臂(12-2)的另一端與小回轉(zhuǎn)軸(13-1)轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)臂(13-2)水平設(shè)置，小回轉(zhuǎn)臂(13-2)的一端安裝在小回轉(zhuǎn)軸(13-1)的下端上且小回轉(zhuǎn)臂(13-2)與小回轉(zhuǎn)軸(13-1)轉(zhuǎn)動連接； 定小臂(11-3)與六自由度空間機械臂的第一連桿(I)通過一套吊絲配重系統(tǒng)(14)連接，大回轉(zhuǎn)臂(12-2)與六自由度空間機械臂的第三連桿(5)通過一套吊絲配重系統(tǒng)(14)連接，小回轉(zhuǎn)臂(13-2)與六自由度空間機械臂的第四連桿(7)通過一套吊絲配重系統(tǒng)(14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:吊絲配重系統(tǒng)(14)包括吊繩(14-1)、定滑輪(14-2)和配重塊(14-3)，定小臂(11-3)、大回轉(zhuǎn)臂(12-2)和小回轉(zhuǎn)臂(13-2)上均安裝有一個定滑輪(14-2),每個定滑輪(14-2)上安裝有一根吊繩(14-1 )，吊繩(14-1)的一端連接有配重塊(14-3)，吊繩(14-1)的另一端與對應的六自由度空間機械臂連桿相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:所述重力補償裝置還包括第一軸套(15)，第一軸套(15)套裝在主回轉(zhuǎn)軸(11-1)上，主回轉(zhuǎn)臂(11-2)的一端固裝在第一軸套(15)的外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:所述重力補償裝置還包括第二軸套(16)，第二軸套(16)套裝在大回轉(zhuǎn)軸(12-1)上，主回轉(zhuǎn)臂(11-2)的另一端固裝在第二軸套(16)的外壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的三回轉(zhuǎn)臂串聯(lián)懸掛式六自由度空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:所述重力補償裝置還包括第三軸套(17)，第三軸套(17)套裝在小回轉(zhuǎn)軸(13-1)上，大回轉(zhuǎn)臂(12-2)的另一端固裝在第三軸套(17)的外壁上。
【文檔編號】B64G7/00GK103950042SQ201410160911
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】丁亮, 高海波, 鄧宗全, 劉振, 李楠, 楊懷廣 申請人:哈爾濱工業(yè)大學