兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置制造方法
【專利摘要】兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式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)明為解決沒有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?；剞D(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第一關節(jié)同軸設置，主回轉(zhuǎn)軸的上端固定在第一機架上，主回轉(zhuǎn)臂的一端與主回轉(zhuǎn)軸的下部轉(zhuǎn)動連接，小臂的一端固接在主回轉(zhuǎn)軸的中部；大回轉(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第二關節(jié)同軸設置，大回轉(zhuǎn)軸的上端固定在第二機架上，大回轉(zhuǎn)臂的一端與大回轉(zhuǎn)軸的下部轉(zhuǎn)動連接；雙回轉(zhuǎn)吊夾的一端安裝有小回轉(zhuǎn)軸，小回轉(zhuǎn)軸與雙回轉(zhuǎn)吊夾轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第三關節(jié)同軸設置，小回轉(zhuǎn)臂一端固接在小回轉(zhuǎn)軸的下端。本發(fā)明用于空間機械臂在地面進行空間模擬實驗。
【專利說明】兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間機械臂重力補償裝置，具體涉及一種地面試驗用兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置。
【背景技術】
[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]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。以上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，實現(xiàn)對空間機械臂的控制，以進行太空環(huán)境中機械臂運動模擬試驗。
[0004]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】

[0005]本發(fā)明為解決目前沒有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，進而提供了一種兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是:本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置包括主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和三套吊桿配重系統(tǒng)；
[0007]所述主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括主回轉(zhuǎn)臂、主回轉(zhuǎn)軸和小臂，主回轉(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第一關節(jié)同軸設置，主回轉(zhuǎn)軸的上端固定在第一機架上，主回轉(zhuǎn)臂水平設置，主回轉(zhuǎn)臂的一端與主回轉(zhuǎn)軸的下部轉(zhuǎn)動連接，小臂水平設置，小臂的一端固接在主回轉(zhuǎn)軸的中部;
[0008]所述大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括大回轉(zhuǎn)臂和大回轉(zhuǎn)軸，大回轉(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第二關節(jié)同軸設置，大回轉(zhuǎn)軸的上端固定在第二機架上，大回轉(zhuǎn)臂水平設置，大回轉(zhuǎn)臂的一端與大回轉(zhuǎn)軸的下部轉(zhuǎn)動連接；
[0009]所述重力補償裝置還包括小回轉(zhuǎn)軸、小回轉(zhuǎn)臂和雙回轉(zhuǎn)吊夾，雙回轉(zhuǎn)吊夾的一端安裝有小回轉(zhuǎn)軸，小回轉(zhuǎn)軸與雙回轉(zhuǎn)吊夾轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)軸豎直設置且與空間機械臂的第三關節(jié)同軸設置，小回轉(zhuǎn)臂水平設置，小回轉(zhuǎn)臂的一端固接在小回轉(zhuǎn)軸的下端；[0010]當所述重力補償裝置處于完全展開狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾的上端安裝在大回轉(zhuǎn)臂的另一端上；當所述重力補償裝置處于收攏狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾的上端安裝在主回轉(zhuǎn)臂的另一端上；
[0011]小臂通過一套吊桿配重系統(tǒng)與空間機械臂的第一連桿連接，雙回轉(zhuǎn)吊夾的另一端通過一套吊桿配重系統(tǒng)與空間機械臂的第二連桿連接，小回轉(zhuǎn)臂通過一套吊桿配重系統(tǒng)與空間機械臂的第三連桿連接。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置采用兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用，即主回轉(zhuǎn)臂和大回轉(zhuǎn)臂單獨使用，本發(fā)明的重力補償裝置采用三吊點吊起機械臂，將連桿分為三組，對于每一桿組分別進行重力補償；
[0014]本發(fā)明在三根質(zhì)量較小的連桿處設置吊點，避免了機械臂根部受到較大的附加彎曲力矩，本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置具有對機械臂變形影響小、重力補償裝置臂桿受扭矩小、驅(qū)動阻力矩小、模擬精度高的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)模擬空間零重力環(huán)境中機械臂的特定功能和運動精度；
[0015]本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置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；
[0016]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】
[0017]圖1是本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖(重力補償裝置處于完全展開狀態(tài))，圖2是本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖(重力補償裝置處于收攏狀態(tài)，即機械臂第二關節(jié)1-3順時針旋轉(zhuǎn)90度)，圖3是本發(fā)明的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖(重力補償裝置處于完全展開狀態(tài)時機械臂繞第三關節(jié)1-5逆時針旋轉(zhuǎn)180度)，圖4是【具體實施方式】一中吊桿配重系統(tǒng)20的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:如圖1?4所示，本實施方式的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置包括主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和三套吊桿配重系統(tǒng)18 ；
[0019]所述主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括主回轉(zhuǎn)臂10、主回轉(zhuǎn)軸11和小臂12，主回轉(zhuǎn)軸11豎直設置且與空間機械臂的第一關節(jié)1-2同軸設置，主回轉(zhuǎn)軸11的上端固定在第一機架上，主回轉(zhuǎn)臂10水平設置，主回轉(zhuǎn)臂10的一端與主回轉(zhuǎn)軸11的下部轉(zhuǎn)動連接，小臂12水平設置，小臂12的一端固接在主回轉(zhuǎn)軸11的中部；
[0020]所述大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括大回轉(zhuǎn)臂13和大回轉(zhuǎn)軸14，大回轉(zhuǎn)軸14豎直設置且與空間機械臂的第二關節(jié)1-3同軸設置，大回轉(zhuǎn)軸14的上端固定在第二機架上，大回轉(zhuǎn)臂13水平設置，大回轉(zhuǎn)臂13的一端與大回轉(zhuǎn)軸14的下部轉(zhuǎn)動連接；
[0021]所述重力補償裝置還包括小回轉(zhuǎn)軸15、小回轉(zhuǎn)臂16和雙回轉(zhuǎn)吊夾17，雙回轉(zhuǎn)吊夾17的一端安裝有小回轉(zhuǎn)軸15，小回轉(zhuǎn)軸15與雙回轉(zhuǎn)吊夾17轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)軸15豎直設置且與空間機械臂的第三關節(jié)1-5同軸設置，小回轉(zhuǎn)臂16水平設置，小回轉(zhuǎn)臂16的一端固接在小回轉(zhuǎn)軸15的下端；
[0022]當所述重力補償裝置處于完全展開狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾17的上端安裝在大回轉(zhuǎn)臂13的另一端上；當所述重力補償裝置處于收攏狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾17的上端安裝在主回轉(zhuǎn)臂10的另一端上；
[0023]小臂12通過一套吊桿配重系統(tǒng)18與空間機械臂的第一連桿1-1連接，雙回轉(zhuǎn)吊夾17的另一端通過一套吊桿配重系統(tǒng)18與空間機械臂的第二連桿1-4連接，小回轉(zhuǎn)臂16通過一套吊桿配重系統(tǒng)18與空間機械臂的第三連桿1-6連接。
[0024]【具體實施方式】二:如圖1和圖4所示，本實施方式吊桿配重系統(tǒng)20包括吊桿20-1、定滑輪20-2和配重塊20-3，小臂12、雙回轉(zhuǎn)吊夾17的另一端和小回轉(zhuǎn)臂16上均安裝有一個定滑輪20-2，每個定滑輪20-2上安裝有一根吊桿20-1，吊桿20_1的一端連接有配重塊20-3，吊桿20-1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。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一相同。
[0025]【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21，第一軸套21套裝在主回轉(zhuǎn)軸11上，所述主回轉(zhuǎn)臂10的一端固裝在第一軸套21的外壁上。如此設計，結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)空間節(jié)湊，第一軸套21將吊桿配重系統(tǒng)18固接于主回轉(zhuǎn)軸11上，吊桿配重系統(tǒng)18下端連接空間機械臂，能夠使得空間機械臂與主回轉(zhuǎn)軸11的運動保持同步，使得重力補償?shù)靡詫崿F(xiàn)。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一或二相同。
[0026]【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22，第二軸套22套裝在大回轉(zhuǎn)軸14上，所述大回轉(zhuǎn)臂13的一端固裝在第二軸套22的外壁上。如此設計，結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)空間節(jié)湊，第二軸套22將吊桿配重系統(tǒng)18固接于大回轉(zhuǎn)軸14上，吊桿配重系統(tǒng)18下端連接空間機械臂，能夠使得空間機械臂與大回轉(zhuǎn)軸14的運動保持同步，使得重力補償?shù)靡詫崿F(xiàn)。其它組成及連接關系與【具體實施方式】三相同。
[0027]【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23，第三軸套23套裝在小回轉(zhuǎn)軸15上，雙回轉(zhuǎn)吊夾17的一端固裝在第三軸套23的外壁上。如此設計，結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)構(gòu)空間節(jié)湊，第三軸套23將吊桿配重系統(tǒng)18固接于小回轉(zhuǎn)軸15上，吊桿配重系統(tǒng)18下端連接空間機械臂，能夠使得空間機械臂與小回轉(zhuǎn)軸15的運動保持同步，使得重力補償?shù)靡詫崿F(xiàn)。其它組成及連接關系與【具體實施方式】一、二或四相同。
[0028]工作原理:
[0029]兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用懸掛機構(gòu)采用三吊點吊起機械臂，以補償其重力。將空間機械臂各桿件分為三組:連桿O?I作為第一組，連桿2作為第二組，連桿3?6作為第三組；每組連桿分別設置一個吊點，分別作用于第一連桿1-1、第二連桿1-4和第三連桿1-6上；第一吊點固接于主回轉(zhuǎn)臂的左側(cè)，而將第二、三吊點通過雙回轉(zhuǎn)吊夾6合并為一個吊點，在空間機械臂收攏狀態(tài)時，懸掛于主回轉(zhuǎn)臂10的另一端上；主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)在空間機械臂關節(jié)第二關節(jié)1-3順時針旋轉(zhuǎn)90度展開和功能測試后，主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與雙回轉(zhuǎn)吊夾17分離；利用機械臂固定支座托起空間機械臂，將雙回轉(zhuǎn)吊夾17安裝于大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，完成空間機械臂的全部展開狀態(tài)。在機械臂展開的過程中進行第一關節(jié)1-2、第二關節(jié)1-3、第三關節(jié)1-5的功能測試實驗，待機械臂完全展開后，再進行關節(jié)1-1、1-4、1-6的功能測試實驗。在機械臂完全展開狀態(tài)時，主回轉(zhuǎn)軸11與空間機械臂的第一關節(jié)1-2同軸設置，大回轉(zhuǎn)軸14與空間機械臂的第二關節(jié)1-3同軸設置，小回轉(zhuǎn)軸15與空間機械臂的第三關節(jié)1-5同軸設置，跟蹤空間機械臂的運動均為旋轉(zhuǎn)運動；其中第一關節(jié)1-2的轉(zhuǎn)動由主回轉(zhuǎn)臂10被動跟蹤，同理大回轉(zhuǎn)臂13同步被動跟蹤機械臂第二關節(jié)1-3的轉(zhuǎn)動，小回轉(zhuǎn)臂16被動跟蹤機械臂第三關節(jié)1-5轉(zhuǎn)動。
[0030]機械手第一關節(jié)1-2和第二關節(jié)1-3之間的跨距較大。該重力補償機構(gòu)通過調(diào)整配重塊的質(zhì)量來實現(xiàn)不同實驗條件下六自由度空間機械臂的功能測試，保證空間機械臂在地面進行試驗時模擬太空微重力環(huán)境，可實現(xiàn)六自由度空間機械臂六個關節(jié)的單獨運動和某些關節(jié)的聯(lián)動。
【權(quán)利要求】
1.一種兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式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)系統(tǒng)、大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和三套吊桿配重系統(tǒng)(18); 所述主回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括主回轉(zhuǎn)臂(10)、主回轉(zhuǎn)軸(11)和小臂(12)，主回轉(zhuǎn)軸(11)豎直設置且與空間機械臂的第一關節(jié)(1-2)同軸設置，主回轉(zhuǎn)軸(11)的上端固定在第一機架上，主回轉(zhuǎn)臂(10)水平設置，主回轉(zhuǎn)臂(10)的一端與主回轉(zhuǎn)軸(11)的下部轉(zhuǎn)動連接，小臂(12)水平設置，小臂(12)的一端固接在主回轉(zhuǎn)軸(11)的中部； 所述大回轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括大回轉(zhuǎn)臂(13)和大回轉(zhuǎn)軸(14)，大回轉(zhuǎn)軸(14)豎直設置且與空間機械臂的第二關節(jié)(1-3)同軸設置，大回轉(zhuǎn)軸(14)的上端固定在第二機架上，大回轉(zhuǎn)臂(13)水平設置，大回轉(zhuǎn)臂(13)的一端與大回轉(zhuǎn)軸(14)的下部轉(zhuǎn)動連接； 所述重力補償裝置還包括小回轉(zhuǎn)軸(15)、小回轉(zhuǎn)臂(16)和雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)，雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的一端安裝有小回轉(zhuǎn)軸(15)，小回轉(zhuǎn)軸(15)與雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)轉(zhuǎn)動連接，小回轉(zhuǎn)軸(15)豎直設置且與空間機械臂的第三關節(jié)(1-5)同軸設置，小回轉(zhuǎn)臂(16)水平設置，小回轉(zhuǎn)臂(16)的一端固接在小回轉(zhuǎn)軸(15)的下端；當所述重力補償裝置處于完全展開狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的上端安裝在大回轉(zhuǎn)臂(13)的另一端上；當所述重力補償裝置處于收攏狀態(tài)時，雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的上端安裝在主回轉(zhuǎn)臂(10)的另一端上； 小臂(12)通過一套吊桿配重系統(tǒng)(18)與空間機械臂的第一連桿(1-1)連接，雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的另一端通過一套吊桿配重系統(tǒng)(18)與空間機械臂的第二連桿(1-4)連接，小回轉(zhuǎn)臂(16)通過一套吊桿配重系統(tǒng)(18)與空間機械臂的第三連桿(1-6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式空間機械臂重力補償裝置，其特征在于:吊桿配重系統(tǒng)(20 )包括吊桿(20-1 )、定滑輪(20-2 )和配重塊(20-3 )，小臂(12 )、雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的另一端和小回轉(zhuǎn)臂(16)上均安裝有一個定滑輪(20-2)，每個定滑輪(20-2)上安裝有一根吊桿(20-1)，吊桿(20-1)的一端連接有配重塊(20-3)，吊桿(20-1)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所述的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式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(21)，第一軸套(21)套裝在主回轉(zhuǎn)軸(11)上，所述主回轉(zhuǎn)臂(10)的一端固裝在第一軸套(21)的外壁上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式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(22)，第二軸套(22)套裝在大回轉(zhuǎn)軸(14)上，所述大回轉(zhuǎn)臂(13)的一端固裝在第二軸套(22)的外壁上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的兩回轉(zhuǎn)臂單獨使用式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(23)，第三軸套(23)套裝在小回轉(zhuǎn)軸(15)上，雙回轉(zhuǎn)吊夾(17)的一端固裝在第三軸套(23)的外壁上。
【文檔編號】B64G7/00GK103950043SQ201410161183
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】劉振, 高海波, 鄧宗全, 丁亮, 李楠, 路達 申請人:哈爾濱工業(yè)大學