多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，包括位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié)。通過(guò)位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的微低重力試驗(yàn)空間的模擬，通過(guò)隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間機(jī)械臂的偏航運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的跟蹤，重力補(bǔ)償系統(tǒng)則為空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)提供了主動(dòng)重力補(bǔ)償，保證了空間機(jī)械臂在動(dòng)作過(guò)程中受到的合力為定值，且滿足空間機(jī)械臂在試驗(yàn)空間中的各力學(xué)參數(shù)與其在太空中的力學(xué)參數(shù)相一致。
【專利說(shuō)明】多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種模擬太空中零重力的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]為了使航天器在軌運(yùn)行安全，需要在航天器發(fā)射以前，對(duì)航天器的各個(gè)組件在地面進(jìn)行大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，從而保證航天器的運(yùn)行可靠和使用安全。其中在組成航天器的硬件中，有一種多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的硬件，這種硬件在軌運(yùn)行時(shí)，要完成大量的空間任務(wù)，所以這類硬件在地面裝配和測(cè)試階段要進(jìn)行大量的模擬太空運(yùn)行環(huán)境的試驗(yàn)，這就給地面測(cè)試提出了很大的挑戰(zhàn)，不僅要模擬太空中微低重力的工作環(huán)境，而且要適應(yīng)不同的工況，并且適應(yīng)一定范圍的航天器姿態(tài)變化和負(fù)載變化，同時(shí)不能與其它設(shè)備干涉，不能影響其它設(shè)備的運(yùn)動(dòng)空間，干擾其他設(shè)備的正常工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的問(wèn)題是提供一種多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，不僅可以為多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂提供微低重力的試驗(yàn)環(huán)境，而且能夠保證多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂在試驗(yàn)環(huán)境中的各力學(xué)參數(shù)與其在太空中的各力學(xué)參數(shù)相一致。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，包括位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié):
[0005]位姿測(cè)定環(huán)節(jié):采用高精度位置測(cè)量傳感器跟蹤多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的臂桿位置，并通過(guò)空間解算原理解算多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的位置及姿態(tài)，接著，求解出隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)與空間機(jī)械臂之間的跟蹤偏差量，之后將跟蹤偏差量輸入到控制器中；
[0006]隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié):控制器根據(jù)接收到的跟蹤偏差量控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)做隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)，消除跟蹤偏差量；
[0007]重力補(bǔ)償環(huán)節(jié):控制器在控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂在重力方向上的姿態(tài)控制其上方的重力補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)重力補(bǔ)償；
[0008]重復(fù)所述三個(gè)環(huán)節(jié)，維持空間機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合力為定值。
[0009]其中，位姿測(cè)定環(huán)節(jié)中，將高精度位置測(cè)量傳感器安裝在多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的關(guān)節(jié)處。
[0010]其中，隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)中，隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)包括回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂偏航動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，其通過(guò)隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；直線運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂俯仰動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)安裝有兩條相互平行的直線導(dǎo)軌，兩套重力補(bǔ)償系統(tǒng)沿所述直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
[0011]進(jìn)一步，隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)追蹤器，兩個(gè)追蹤器各連接一套重力補(bǔ)償系統(tǒng)，通過(guò)解算追蹤器與其下方的高精度位置測(cè)量傳感器的位置關(guān)系，計(jì)算出跟蹤偏差量。
[0012]進(jìn)一步，設(shè)追蹤器A的坐標(biāo)為O4X4Y4Z4,追蹤器B的坐標(biāo)為O3X3Y3Z3,空間機(jī)械臂的關(guān)節(jié)A的坐標(biāo)為0ΧΥΖ，關(guān)節(jié)B的坐標(biāo)為O1X1Y1Z1,關(guān)節(jié)C的坐標(biāo)為O2X2Y2Z2:追蹤器A處的重力補(bǔ)償系統(tǒng)連接關(guān)節(jié)B并提供一個(gè)向上的拉力F1 ;追蹤器B處的重力補(bǔ)償系統(tǒng)連接關(guān)節(jié)C并提供一個(gè)向上的拉力F2, F2對(duì)關(guān)節(jié)B的坐標(biāo)O1X1Y1Z1取力矩M2,所述F1與F2的合力對(duì)關(guān)節(jié)A (12)的坐標(biāo)OXYZ取力矩M1 ;在空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)高精度位置測(cè)量傳感器及追蹤器A、B檢測(cè)各坐標(biāo)的位置，并解算O4X4Y4Z4和O1X1Y1Zp O3X3Y3Z3和O2X2Y2Z2之間的跟蹤偏差量，將跟蹤偏差量傳遞至控制器中，由控制器控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和重力補(bǔ)償系統(tǒng)，保持M^M2的值恒定。
[0013]其中，重力補(bǔ)償系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、拉力機(jī)構(gòu)、懸吊裝置、相關(guān)傳動(dòng)和支撐部件組成，并且配有工控機(jī)用來(lái)各系統(tǒng)之間的通信聯(lián)絡(luò)，其中，懸吊裝置包括繩索、避讓懸桿、特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及拉力傳感器，懸吊裝置的上端通過(guò)繩索與拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接，其下端與特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械臂上。
[0014]進(jìn)一步，重力補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，重力補(bǔ)償系統(tǒng)利用其上的拉力傳感器測(cè)得的拉力數(shù)值，并且反饋到拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉力的調(diào)節(jié)，保證關(guān)節(jié)式機(jī)械臂在重力方向的合力為零。
[0015]其中，重力補(bǔ)償系統(tǒng)在關(guān)節(jié)式機(jī)械臂上的重力補(bǔ)償點(diǎn)采用單點(diǎn)和雙點(diǎn)過(guò)質(zhì)心懸吊相結(jié)合的方式。
[0016]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:通過(guò)位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的微低重力試驗(yàn)空間的模擬，通過(guò)隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間機(jī)械臂的偏航運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)的跟蹤，重力補(bǔ)償系統(tǒng)則為空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)提供了主動(dòng)重力補(bǔ)償，保證了空間機(jī)械臂在動(dòng)作過(guò)程中受到的合力為需要的定值，且滿足空間機(jī)械臂在試驗(yàn)空間中的各力學(xué)參數(shù)與其在太空中的力學(xué)參數(shù)相一致。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖2是本發(fā)明的工作原理示意圖
[0019]圖3是本發(fā)明中各檢測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)示意圖
[0020]圖中:11-基座，12-關(guān)節(jié)A，13-關(guān)節(jié)B，14-臂桿A，15-關(guān)節(jié)C，16-臂桿B ;
[0021]1-隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，2-重力補(bǔ)償系統(tǒng)，3-追蹤器A，4-追蹤器B

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]關(guān)節(jié)式空間機(jī)械臂包括順序相接的基座11、關(guān)節(jié)A12、關(guān)節(jié)B13、臂桿A14、關(guān)節(jié)C15及臂桿B16，關(guān)節(jié)式空間機(jī)械臂可通過(guò)關(guān)節(jié)A、B實(shí)現(xiàn)偏航運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)。
[0024]本多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法在微低重力補(bǔ)償系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)，微低重力補(bǔ)償系統(tǒng)包括支撐架、可自轉(zhuǎn)的隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、懸吊裝置和控制系統(tǒng)，跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)安裝于支撐架的頂部，懸吊裝置的上端連接于跟蹤補(bǔ)償系統(tǒng)的底部并可相對(duì)于后者做直線運(yùn)動(dòng)，懸吊裝置的下端連接機(jī)械臂，控制器分別與隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和懸吊裝置電連接，懸吊裝置的頂部連接有重力補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0025]多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，包括位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)、和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié):
[0026]位姿測(cè)定:采用高精度位置測(cè)量傳感器跟蹤多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的臂桿位置，接著，通過(guò)空間解算原理解算多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的位置及姿態(tài)，并求解出隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I與空間機(jī)械臂之間的跟蹤偏差量，之后將跟蹤偏差量輸入到控制器中；
[0027]隨動(dòng)跟蹤:控制器根據(jù)接收到的跟蹤偏差量控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I做隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)，消除跟蹤偏差；
[0028]重力補(bǔ)償:控制器在控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂在重力方向上的姿態(tài)控制其上方的重力補(bǔ)償系統(tǒng)2對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)重力補(bǔ)償；
[0029]重復(fù)所述三個(gè)環(huán)節(jié)，維持空間機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合力為所需要的一個(gè)定值。
[0030]為了更精準(zhǔn)地跟蹤多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的臂桿位置，位姿測(cè)定環(huán)節(jié)中將高精度位置測(cè)量傳感器安裝在多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的關(guān)節(jié)處。
[0031]控制器實(shí)現(xiàn)本模擬方法中的自動(dòng)化控制，接受到跟蹤偏差量后，發(fā)出控制信號(hào)，控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I和重力補(bǔ)償系統(tǒng)2動(dòng)作，消除跟蹤偏差并為多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂提供主動(dòng)重力補(bǔ)償。
[0032]隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)中，隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)包括回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂偏航動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，其通過(guò)隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；直線運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂俯仰動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I安裝兩條相互平行的直線導(dǎo)軌，兩套重力補(bǔ)償系統(tǒng)2沿所述直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)大范圍、快速、高精度的跟蹤，同時(shí)結(jié)合多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)特性，隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I設(shè)置有兩個(gè)追蹤器，兩個(gè)追蹤器各連接一重力補(bǔ)償系統(tǒng)2，通過(guò)解算追蹤器與其下方的高精度位置測(cè)量傳感器的位置關(guān)系，計(jì)算出跟蹤偏差量。
[0034]重力補(bǔ)償系統(tǒng)2由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、拉力機(jī)構(gòu)、懸吊裝置、相關(guān)傳動(dòng)和支撐部件組成，并且配有工控機(jī)用來(lái)各系統(tǒng)之間的通信聯(lián)絡(luò)。其中，懸吊裝置主要包括繩索、避讓懸桿、特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及拉力傳感器，懸吊裝置的上端通過(guò)繩索與拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接，其下端與特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)械臂上。特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用萬(wàn)向十字軸的原理，可以實(shí)現(xiàn)繞X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，即可以實(shí)現(xiàn)繞空間機(jī)械臂軸向和徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，確保吊點(diǎn)力始終通過(guò)空間機(jī)械臂軸線與懸吊裝置的交點(diǎn)。特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用拆分形式，以便于機(jī)械臂進(jìn)行連接，其中特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的內(nèi)圈與機(jī)械臂連接，懸吊裝置吊裝于特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)側(cè)邊吊軸處。
[0035]重力補(bǔ)償系統(tǒng)2在運(yùn)行過(guò)程中主動(dòng)對(duì)懸吊裝置進(jìn)行拉力控制，使懸吊裝置的拉力始終滿足要求，并且保持懸索的垂直拉緊狀態(tài)，其在空間機(jī)械臂上的連接點(diǎn)為關(guān)節(jié)B、C(13, 15)處。該方式是利用位于繩索上的拉力傳感器測(cè)得的拉力數(shù)值做為反饋，并且利用同軸布置的電機(jī)等組成的拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行繩拉力的調(diào)節(jié)，保證懸索提供的拉力始終滿足要求。同時(shí)為了避免多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)懸吊裝置與機(jī)械臂的干涉情況，滿足機(jī)械臂全過(guò)程運(yùn)動(dòng)的模擬，并產(chǎn)生盡量小的附加力(力矩)，保證補(bǔ)償精度，重力補(bǔ)償系統(tǒng)在關(guān)節(jié)式機(jī)械臂上的重力補(bǔ)償點(diǎn)采用單點(diǎn)和雙點(diǎn)過(guò)質(zhì)心懸吊相結(jié)合的方式，即兩套重力補(bǔ)償系統(tǒng)分別采用單點(diǎn)過(guò)質(zhì)心和雙點(diǎn)過(guò)質(zhì)心懸吊關(guān)節(jié)式機(jī)械臂。
[0036]考慮到空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)主要包括偏航運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng)，其展開動(dòng)作復(fù)雜，同時(shí)空間機(jī)械臂兩臂桿間距很小，綜合以上述因素，導(dǎo)致懸吊裝置容易與機(jī)械臂發(fā)生干涉，所以懸吊裝置設(shè)有不規(guī)則形狀的避讓懸桿，以確保繩索與機(jī)械臂無(wú)干涉。
[0037]微低重力的模擬過(guò)程如圖3所示:
[0038]設(shè)追蹤器A3的坐標(biāo)為O4X4Y4Z4,追蹤器B4的坐標(biāo)為O3X3Y3Z3,關(guān)節(jié)A12的坐標(biāo)為OXYZ,關(guān)節(jié)B13的坐標(biāo)為O1X1Y1Z1，關(guān)節(jié)C15的坐標(biāo)為O2X2Y2Z2:
[0039]靜止?fàn)顟B(tài):空間機(jī)械臂處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，追蹤器A3的坐標(biāo)O4X4Y4Z4處的重力補(bǔ)償系統(tǒng)，通過(guò)繩索與空間機(jī)械臂關(guān)節(jié)B13的坐標(biāo)O1X1Y1Z1連接，并且提供一個(gè)向上的拉力F1,使拉力F1和下面提到的拉力F2的合力對(duì)關(guān)節(jié)A12的坐標(biāo)OXYZ取力矩M1,使得這個(gè)力矩M1保持一個(gè)恒定的數(shù)值。同理，追蹤器B4的坐標(biāo)O3X3Y3Z3上的重力補(bǔ)償系統(tǒng)，通過(guò)繩索與關(guān)節(jié)C15的坐標(biāo)O2X2Y2Z2連接，并且同時(shí)提供一個(gè)向上的拉力F2,使拉力F2對(duì)關(guān)節(jié)B13的坐標(biāo)O1X1Y1Z1取力矩M2，使得這個(gè)力矩仏保持一個(gè)恒定的數(shù)值。本發(fā)明中的隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)即是保持力矩M1和M2保持?jǐn)?shù)值恒定，不隨機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)而改變。
[0040]運(yùn)動(dòng)狀態(tài):在空間機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，坐標(biāo)O1X1Y1Z1和坐標(biāo)O4X4Y4Z4、坐標(biāo)O2X2Y2Z2和坐標(biāo)O3X3Y3Z3，會(huì)產(chǎn)生相對(duì)錯(cuò)位(就是繩索與垂直方向產(chǎn)生了相對(duì)的夾角)，為了消除這一錯(cuò)位(夾角)，保持力矩M1和M2數(shù)值恒定，就要測(cè)量坐標(biāo)0ΧΥΖ、坐標(biāo)O1X1Y1Z1和坐標(biāo)O4X4Y4Z4
三者之間的位置關(guān)系并解算出追蹤器A3的錯(cuò)位(夾角)的方向和大小，同理通過(guò)測(cè)量坐標(biāo)0ΧΥΖ、坐標(biāo)O1X1Y1Z1、坐標(biāo)O3X3Y3Z3和坐標(biāo)O2X2Y2Z2四者之間的位置關(guān)系并解算出追蹤器B4的錯(cuò)位(夾角)的方向和大小，結(jié)算所得的數(shù)值即為跟蹤偏差量，跟蹤偏差量傳送到控制器后，控制器根據(jù)這些數(shù)值解算出追蹤器A3和追蹤器B4的運(yùn)動(dòng)數(shù)值，從而控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)I上的追蹤器A3和追蹤器B4的運(yùn)動(dòng)，消除這一錯(cuò)位(夾角)，及消除跟蹤偏差。另外，為了保持M1和M2數(shù)值恒定，消除錯(cuò)位(夾角)的同時(shí)，結(jié)合錯(cuò)位(夾角)的方向和大小，控制器控制追蹤器A3和追蹤器B4的重力補(bǔ)償系統(tǒng)2的向上拉力F1,和F2大小，使得力矩M1和M2始終保持一個(gè)恒定的數(shù)字。
[0041]以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:包括位姿測(cè)定環(huán)節(jié)、隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)和重力補(bǔ)償環(huán)節(jié): 位姿測(cè)定環(huán)節(jié):采用高精度位置測(cè)量傳感器跟蹤多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的臂桿位置，并通過(guò)空間解算原理解算多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的位置及姿態(tài)，接著，求解出隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)與空間機(jī)械臂之間的跟蹤偏差量，之后將跟蹤偏差量輸入到控制器中； 隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié):控制器根據(jù)接收到的跟蹤偏差量控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)做隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)，消除跟蹤偏差量； 重力補(bǔ)償環(huán)節(jié):控制器在控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，根據(jù)空間機(jī)械臂在重力方向上的姿態(tài)控制其上方的重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)重力補(bǔ)償； 重復(fù)所述三個(gè)環(huán)節(jié)，維持空間機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的合力為定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:位姿測(cè)定環(huán)節(jié)中，將高精度位置測(cè)量傳感器安裝在多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂的關(guān)節(jié)處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:隨動(dòng)跟蹤環(huán)節(jié)中，隨動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)包括回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂偏航動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，其通過(guò)隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)；直線運(yùn)動(dòng)用于對(duì)空間機(jī)械臂俯仰動(dòng)作的隨動(dòng)跟蹤，隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)安裝有兩條相互平行的直線導(dǎo)軌，兩套重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)沿所述直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)設(shè)置有兩個(gè)追蹤器，兩個(gè)追蹤器各連接一套重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)，通過(guò)解算追蹤器與其下方的高精度位置測(cè)量傳感器的位置關(guān)系，計(jì)算出跟蹤偏差量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:設(shè)追蹤器A (3)的坐標(biāo)為O4X4Y4Z4，追蹤器B (4)的坐標(biāo)為O3X3Y3Z3，空間機(jī)械臂的關(guān)節(jié)A (12)的坐標(biāo)為0ΧΥΖ，關(guān)節(jié)B(13)的坐標(biāo)為O1X1Y1Z1，關(guān)節(jié)C (15)的坐標(biāo)為O2X2Y2Z2: 追蹤器A(3)處的重力補(bǔ)償系統(tǒng)連接關(guān)節(jié)B(13)并提供一個(gè)向上的拉力F1 ;追蹤器B(4)處的重力補(bǔ)償系統(tǒng)連接關(guān)節(jié)C(15)并提供一個(gè)向上的拉力F2, F2對(duì)關(guān)節(jié)B(13)的坐標(biāo)O1X1Y1Z1取力矩M2，所述F1與F2的合力對(duì)關(guān)節(jié)A (12)的坐標(biāo)OXYZ取力矩M1 ;在空間機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)高精度位置測(cè)量傳感器及追蹤器A、B (3, 4)檢測(cè)各坐標(biāo)的位置，并解算O4X4Y4Z4和O1X1Y1Zp O3X3Y3Z3和O2X2Y2Z2之間的跟蹤偏差量，將跟蹤偏差量傳遞至控制器中，由控制器控制隨動(dòng)跟蹤系統(tǒng)(I)和重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)，保持MpM2的值恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、拉力機(jī)構(gòu)、懸吊裝置、相關(guān)傳動(dòng)和支撐部件組成，并且配有工控機(jī)用來(lái)各系統(tǒng)之間的通信聯(lián)絡(luò)，其中，懸吊裝置包括繩索、避讓懸桿、特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及拉力傳感器，懸吊裝置的上端通過(guò)繩索與拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行連接，其下端與特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接，特制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在空間機(jī)械臂上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:重力補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)利用其上的拉力傳感器測(cè)得的拉力數(shù)值，并且反饋到拉力機(jī)構(gòu)進(jìn)行拉力的調(diào)節(jié)，保證關(guān)節(jié)式機(jī)械臂在重力方向的合力為零。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多關(guān)節(jié)空間機(jī)械臂微低重力模擬方法，其特征在于:重力補(bǔ)償系統(tǒng)(2)在關(guān)節(jié)式機(jī)械臂上的重力補(bǔ)償點(diǎn)采用單點(diǎn)和雙點(diǎn)過(guò)質(zhì)心懸吊相結(jié)合的方式。
【文檔編號(hào)】G05B23/00GK104325460SQ201410546411
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】陳建鵬, 劉鵬, 李星太, 莫麗東 申請(qǐng)人:天津航天機(jī)電設(shè)備研究所