[发明专利]多关节空间机械臂微低重力模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其是涉及一种模拟太空中零重力的方法。

背景技术

为了使航天器在轨运行安全，需要在航天器发射以前，对航天器的各个组件在地面进行大量的试验验证，从而保证航天器的运行可靠和使用安全。其中在组成航天器的硬件中，有一种多关节空间机械臂的硬件，这种硬件在轨运行时，要完成大量的空间任务，所以这类硬件在地面装配和测试阶段要进行大量的模拟太空运行环境的试验，这就给地面测试提出了很大的挑战，不仅要模拟太空中微低重力的工作环境，而且要适应不同的工况，并且适应一定范围的航天器姿态变化和负载变化，同时不能与其它设备干涉，不能影响其它设备的运动空间，干扰其他设备的正常工作。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种多关节空间机械臂微低重力模拟方法，不仅可以为多关节空间机械臂提供微低重力的试验环境，而且能够保证多关节空间机械臂在试验环境中的各力学参数与其在太空中的各力学参数相一致。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：多关节空间机械臂微低重力模拟方法，包括位姿测定环节、随动跟踪环节和重力补偿环节：

位姿测定环节：采用高精度位置测量传感器跟踪多关节空间机械臂的臂杆位置，并通过空间解算原理解算多关节空间机械臂的位置及姿态，接着，求解出随动跟踪系统与空间机械臂之间的跟踪偏差量，之后将跟踪偏差量输入到控制器中；

随动跟踪环节：控制器根据接收到的跟踪偏差量控制随动跟踪系统做随动跟踪运动，消除跟踪偏差量；

重力补偿环节：控制器在控制随动跟踪系统运动的同时，根据多关节空间机械臂在重力方向上的姿态控制其上方的重力补偿系统对其进行主动重力补偿；

重复所述三个环节，维持空间机械臂在运动过程中所受的合力为定值。

其中，位姿测定环节中，将高精度位置测量传感器安装在多关节空间机械臂的关节处。

其中，随动跟踪环节中，随动跟踪运动包括回转运动和直线运动，回转运动用于对空间机械臂偏航动作的随动跟踪，其通过随动跟踪系统的自转实现；直线运动用于对空间机械臂俯仰动作的随动跟踪，随动跟踪系统安装有两条相互平行的直线导轨，两套重力补偿系统沿所述直线导轨实现直线运动。

进一步，随动跟踪系统设置有两个追踪器，两个追踪器各连接一套重力补偿系统，通过解算追踪器与其下方的高精度位置测量传感器的位置关系，计算出跟踪偏差量。

进一步，设追踪器A的坐标为O₄X₄Y₄Z₄，追踪器B的坐标为O₃X₃Y₃Z₃，空间机械臂的关节A的坐标为OXYZ，关节B的坐标为O₁X₁Y₁Z₁，关节C的坐标为O₂X₂Y₂Z₂：追踪器A处的重力补偿系统连接关节B并提供一个向上的拉力F₁；追踪器B处的重力补偿系统连接关节C并提供一个向上的拉力F₂，F₂对关节B的坐标O₁X₁Y₁Z₁取力矩M_2，所述F₁与F₂的合力对关节A(12)的坐标OXYZ取力矩M₁；在空间机械臂运动过程中，通过高精度位置测量传感器及追踪器A、B检测各坐标的位置，并解算O₄X₄Y₄Z₄和O₁X₁Y₁Z₁、O₃X₃Y₃Z₃和O₂X₂Y₂Z₂之间的跟踪偏差量，将跟踪偏差量传递至控制器中，由控制器控制随动跟踪系统和重力补偿系统，保持M₁、M₂的值恒定。