[发明专利]一种空间机械臂气浮支撑装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种气浮支撑装置领域，特别是涉及一种空间机械臂平面运动的气浮支撑装置。

背景技术

空间机械臂工作在空间微重力环境中，其在地面试验及测试时会受到重力场的影响，为了验证空间机械臂方案设计的合理性，需要通过地面试验装置模拟空间微重力环境进行试验验证。气浮微重力试验装置基于气浮原理，利用装置本身喷射出高压气体，产生反作用力使得空间机械臂以非接触形式漂浮在气浮试验平台上，此时机械臂的运动可以近似模拟外太空环境下微重力、零摩擦的空间活动。气浮微重力试验的优点为装置制造周期短、成本低、易于实现等。空间机械臂气浮支撑装置为气浮微重力试验装置的一部分，通过气浮的方式支撑六自由度机械臂两个机械臂关节之间的臂杆，使其处于水平状态并具有滚转能力。

现有的气浮支撑装置技术中，气浮支撑装置仅仅为刚性连接支撑空间机械臂，因机械臂产品本身因安装误差和制造误差，使得机械臂运动过程中在其垂直方向会有微小的上下移动，刚性连接无法吃掉上下移动的位移量，必然造成机械臂产品承受弯矩，使空间机械臂产品造成应力损伤或损坏。

此外，现有气浮支撑装置技术中，无法对气浮支撑装置对机械臂是否可靠支撑进行判断，当产品因上下微小移动后，未可靠的把机械臂短臂杆的中心落在气浮支撑装置上时，容易使得试验结果不准确，另外，可能会因支撑装置上方承受重力太轻或太重，造成气浮支撑装置倾倒，从而造成机械臂产品不能有效支撑，致使产品损伤，安全性降低。

最后，现有气浮支撑装置技术中，一般采用滚动轴承对机械臂短臂杆进行支撑，虽然能够实现滚转运动，但滚动轴承因其内部复杂，滚转带来的摩擦力较大，无法较好模拟太空微重力环境。此外因滚动轴承为圆形封闭结构，无法实现机械臂产品和气浮支撑装置良好的连接和拆卸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种空间机械臂气浮支撑装置，模拟空间机械臂微重力环境试验使用，实现对机械臂臂杆的水平支撑和滚转功能。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种空间机械臂气浮支撑装置，包括平面气足组件、力传感器、直线轴承弹簧组件、滚轮组件、臂杆放置圆环、第一安装板、第二安装板、第三安装板、第四安装板和滚轮安装板；其中第一安装板固定安装在平面气足组件的上端，力传感器固定安装在第一安装板的上端，第二安装板安装在力传感器的上端面，第三安装板固定安装在第二安装板的上端，第四安装板通过直线轴承弹簧组件与第三安装板固定连接，滚轮安装板固定设置在第四安装板的上部，臂杆放置圆环轴向水平固定在滚轮安装板上，臂杆放置圆环的下半圆环与外部空间机械臂的短壁杆固定连接，滚轮组件设置在臂杆放置圆环与滚轮安装板的连接处。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述臂杆放置圆环上设置导轨凹形槽，滚轮组件均匀嵌入在下半圆导轨凹形槽内。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述直线轴承弹簧组件包括直线导轨、弹簧和直线轴承；直线轴承固定安装在第三安装板的上部，直线导轨固定在直线轴承的上部，并穿过第四安装板，直线轴承与第四安装板之间设置有弹簧。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述弹簧套在直线轴承的凸台外侧，弹簧一端与直线轴承底座上表面接触，另一端与第四安装板下表面接触。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述平面气足组件包含n个平面气足，n个平面气足的中心均匀安装在第一安装板的圆周上，圆周直径为平面气足直径的1.2～1.5倍，所述n不小于3。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，平面气足直径为60-400mm，外部短臂杆直径为40-240mm。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述第一安装板为圆盘结构，直径为平面气足直径的1.8-2.5倍，厚为5-15mm；第二安装板为圆盘结构，直径为短臂杆直径的2-4倍，厚为5-15mm；第三安装板为圆盘结构，直径为短臂杆直径的2-4倍，厚为5-15mm。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述第四安装板为一端开口的口字型结构，开口一端位于侧面，并在拐角处设置有加强筋。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，所述滚轮组件包含m个滚轮m个滚轮均匀设置在臂杆放置圆环下部半圆环的圆周处，所述m为5-15中的奇数个。

在上述的一种空间机械臂气浮支撑装置，滚轮组件采用高摩擦系数弹性材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：