[发明专利]基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械臂重力补偿装置，具体涉及一种基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置。

背景技术

空间机械臂在地面试验中，如果不进行重力补偿，重力的作用将会在各关节部位产生较大的力和力矩，会导致驱动电机无法正常运转，甚至损坏机械臂。因此，需要研制机械臂重力补偿机构系统，重力补偿的目的是要在地面上模拟空间的零重力环境，以实现对空间机械臂的控制，进行太空环境中机械臂运动模拟试验。目前，国外已经开发研制出的重力补偿系统多种多样，按实现方式分为：自由落体式、悬浮式、气胎式、机械悬挂式。然而，国内尚无针对机构复杂的多关节空间机械臂开发的重力补偿系统，要进行空间机械臂的试验研究，需要结合机械臂的结构开发合适的重力补偿系统。现有技术中还没有解决此类问题的发明。

发明内容

本发明为解决目前没有一种针对机构复杂的多关节空间机械臂的重力补偿系统的问题，进而提出基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括固定悬挂机构、主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构和副回转臂跟踪悬挂机构，固定悬挂机构和主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构安装在钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构的一端与主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构连接。

本发明的有益效果是：本发明能够解决空间机械臂的重力补偿问题，为空间机械臂在地面实验提供了重力补偿机构，结构简单，易于理解和实现。机械臂重力补偿系统的工作模式为机械臂根部固定展开模式。根部固定展开模式是指机械臂与卫星本体固定后进行功能验证实验和精度测试实验，本机构在根部固定模式进行功能验证实验时，可实现空间机械手分系统各关节的单独运动，满足各关节大角度范围内的运动要求。基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构的设计方案采用被动随动式跟踪方式。基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构由于采用了气浮平台使得重力补偿装置臂杆受扭小，驱动阻力矩小；基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构对机械臂变形影响小，模拟精度高等优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置包括固定悬挂机构1、主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2和副回转臂跟踪悬挂机构3，固定悬挂机构1和主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2安装在钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构3的一端与主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2连接。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的固定悬挂机构1包括第一杆1-1、第一悬挂板1-2和第一轴承1-3，第一悬挂板1-2的上端与第一杆1-1的中部连接，第一悬挂板1-2下端通过第一轴承1-3与机械臂4的第一机械臂杆4-1连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2包括第二杆2-1、第一转动关节2-2、主回转臂2-3、气浮平台2-4、第三杆2-5、第二转动关节2-6、第二悬挂板2-7和第二轴承2-8，气浮平台2-4的一端与第一杆1-1的一端连接，气浮平台2-4的另一端与第三杆2-5的上端连接，第二杆2-1的上端与气浮平台2-4连接，第二杆2-1的下端通过第一转动关节2-2与主回转臂2-3的一端连接，主回转臂2-3的另一端通过第二转动关节2-6与第三杆2-5连接，第三杆2-5的下端与副回转臂跟踪悬挂机构3连接，副回转臂跟踪悬挂机构3通过第二悬挂板2-7通过第二轴承2-8与机械臂4的第二机械臂杆4-2连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的副回转臂跟踪悬挂机构3包括大回转臂3-1、第三转动关节3-2、小回转臂3-3、第三悬挂板3-4和第三轴承3-5，大回转臂3-1的一端与第三杆2-5的下端连接，大回转臂3-1的另一端通过第三转动关节3-2与小回转臂3-3连接，小回转臂3-3与第三悬挂板3-4的上端连接，第三悬挂板3-4的下端通过第三轴承3-5与机械臂4连接。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

工作原理

机械臂的杆沿关节转动90°时，机械臂的杆位置不发生改变，第一悬挂板1-2始终垂直，悬第一挂板1-2固定不动便可以实现零重力补偿；机械臂关节转动时，主回转臂2-3进行转动，带动第三杆2-5在气浮平台上转动，进而带动大回转臂和3-1和小回转臂3-3进行被动跟踪，以实现第二悬挂板2-7与第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿；机械臂关节进行转动时，大回转臂进行转动同步被动跟踪关节的转动，实现第二悬挂板2-7与第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿；关节转动时悬挂绳的悬挂位置不发生变化，零重力补偿系统不用转动就可以保持个悬挂绳的垂直，实现零重力补偿；机械臂关节转动时，小回转臂被动跟踪关节进行转动，第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿；机械臂关节的转动对零重力补偿没有影响。