[发明专利]一种防干涉微低重力补偿系统

说明书

技术领域

本发明创造属于航天条件的模拟装置领域，尤其是涉及一种微低重力补偿系统。

背景技术

随着我国航天技术的发展，特别是载人航天工程和探月工程的实施，使得对航天器的功能要求越来越高。其中，关节式机械臂是其中必不可少的一个重要组成部分，它可以代替航天员高效、精准的完成大量空间任务。通常情况下，在机械臂随着航天器发射升空以前，往往需要在地面对其进行微低重力试验，以模拟机械臂在空间的工作状态，测试其在完成任务时各项主要性能指标，最大限度的保证机械臂在轨工作的可靠性和功能性的要求，这样就需要一种微低重力补偿系统，实现空间微低重力的模拟。该系统需要满足适应机械臂多关节协调运动并且不与其产生干涉、最低限度的影响机械臂运动性能的要求。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供一种机械臂微低重力试验的补偿系统，用以在地面环境下对机械臂进行微低重力的模拟试验，以考核机械臂的运动性能，并保证在模拟试验过程中不干涉机械臂的运动。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种防干涉微低重力补偿系统，包括支撑架、跟踪补偿系统、回转驱动系统、悬吊装置和控制系统，所述跟踪补偿系统安装于所述支撑架的顶部并可自转，所述回转驱动系统设置于所述跟踪补偿系统和所述支撑架之间并为所述跟踪补偿系统提供自转动力，所述悬吊装置的上端连接于所述跟踪补偿系统的底部并可相对于后者做直线运动，所述悬吊装置的下端连接机械臂，所述控制系统分别与所述跟踪补偿系统和悬吊装置相连。

所述支撑架为整个系统提供支撑，所述跟踪补偿系统提供跟踪机械臂所需要的运动和主动重力补偿，所述回转驱动系统为所述跟踪补偿系统的自转提供驱动力，所述悬吊装置则用于连接所述跟踪补偿系统和机械臂的主要运动大臂，所述控制系统完成整个系统运行所需的数值解算、运动检测和运动控制。

其中，所述跟踪补偿系统包括回转平台、重力补偿系统和直线运动系统，所述回转平台的顶部通过安装接口连接所述支撑架，且安装接口作为回转平台的转动轴，所述直线运动系统设置于所述回转平台的底部并可相对于所述回转平台做直线运动，所述重力补偿系统固接于所述直线运动系统，并随同所述直选运动系统做直线运动。

进一步，所述重力补偿系统为主动重力补偿，其包括重力补偿装置和绳索收放装置，所述绳索收放装置连接所述悬吊装置，所述重力补偿装置为所述绳索收放装置提供动力，绳索收放装置根据所述控制系统的指令对悬吊装置进行收绳和放绳控制。

进一步，所述直线运动系统包括直线导轨、托板和传动丝杠，所述直线导轨设置于所述回转平台的底部，所述传动丝杠安装于所述直线导轨的径向，所述托板的底部设置有与所述传动丝杠相配合的传动螺母，所述托板的底部通过接口连接所述直线导轨且可相对于后者做直线运动。通过传动丝杠和传动螺母的配合实现丝杠传动运动，进而实现托板相对于丝杠运动，及托板相对于直线导轨运动。

所述重力补偿系统固接于所述托板上。

所述直线运动系统还包括直线运动驱动系统，其安装于所述传动丝杠的端部并带动所述传动丝杠转动，通过控制系统的指令控制传动丝杠的正转和反转，从而推动其上的传动螺母运动，为所述托板的直线运动提供动力，实现托板及重力补偿系统的直线运动。

进一步，所述回转平台的底部设置有两个相互平行的直线运动系统，两个托板上均固接有重力补偿系统，所述重力补偿系统均连接有悬吊装置。

进一步，本防干涉微低重力补偿系统，还包括二维微调平台，所述二维微调平台设置于所述支撑架的顶部并可相对于所述支撑架做X、Y方向运动，所述跟踪补偿系统连接于所述二维微调平台。所述二维微调平台可相对于所述支撑架的做小范围的二维运动，其用于在进行模拟试验前微调所述跟踪补偿系统与机械臂的相对位置，实现二者相应位置的对齐。

其中，所述悬吊装置包括吊索和转接工装，所述吊索的上端连接所述跟踪补偿系统，所述吊索的下端通过转接工装连接机械臂，所述吊索上设置有用于检测吊索拉力的力学传感器和检测吊索角度的倾角传感器。

其中，所述控制系统，用来处理整个模拟系统相关运算和补偿系统的监测。具体地，通过传感器反馈的机械臂的运动，计算出跟踪补偿系统所需的运动轨迹；根据吊索的力学传感器提供的拉力反馈，对重力补偿装置进行控制，实现补偿力的精确控制；并对上述运动和补偿力等进行监测。