[发明专利]六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法

说明书

六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法，其中等效实验装置包括轴承装置A、支架气足装置B和滚轮气足装置C，轴承装置A实现机械臂b1关节的模拟微重力环境等效运动。滚轮气足装置C支持被支撑臂杆在平面上3个自由度的模拟微重力环境下运动和1个自由度的臂杆滚转运动。支架气足装置B支持被支撑关节在平面上3个自由度的模拟微重力环境下运动。利用等效实验装置进行试验，通过检测空间机械臂各个关节的运动状态以及卫星载荷安装板上传感器和设备的信息实现在地面有效模拟空间机械臂在失重环境下的工作状态，解决了传统的空间机械臂地面模拟实验装置干扰力大或自由度少的问题，并可模拟在运动过程中对其它卫星载荷和设备的影响。

技术领域

本发明涉及一种空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法，尤其涉及一种为在空间失重环境下工作的六自由度空间机械臂在地面进行全部六自由度运动学模拟实验的空间机械臂地面微重力运动学等效实验装置及实验方法，属于空间机械臂地面实验领域。

背景技术

在对空间机械臂的运动学和动力学进行研究的过程中，需要在地面有效的模拟出空间机械臂在空间中失重环境下的工作状态。

目前对空间机械臂的地面模拟实验主要使用两种装置：吊丝装置和平面气浮装置。吊丝装置可以实现多个自由度的运动，但是干扰力很大；平面气浮装置可以实现X、Y两个方向干扰力极小的平动，但是因其仅能实现在平面内的无摩擦运动，因此对于多自由度耦合的空间机械臂，平面气浮装置仅可支持空间机械臂2-3个自由度的运动，无法同时实现全部自由度的耦合联动，往往需要多套不同的气浮装置通过不同的安装方式才能逐次实现对全部自由度的模拟，且上述两种方法均无法验证空间机械臂在运动过程中对其它卫星载荷和设备的影响，因此试验的等效性不足。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置及实验方法，解决了传统的空间机械臂地面模拟实验装置干扰力较大或自由度较少的问题，并可模拟在运动过程中对其它卫星载荷和设备的影响，极大的提高了空间机械臂在地面进行微重力环境等效模拟实验的实验覆盖性和试验效果。

本发明的技术解决方案是：六自由度空间机械臂地面微重力等效实验装置，包括轴承装置A、支架气足装置B和滚轮气足装置C；

所述轴承装置A，包括轴承组件、模拟卫星载荷安装板和配重块，轴承组件包括轴承座、位于轴承座上的轴承和转轴，转轴套在轴承里，模拟卫星载荷安装板安装在转轴上，配重块安装在模拟卫星载荷安装板上，用于使轴承装置A的重心位于所述转轴中心；所述模拟卫星载荷安装板用于安装与空间机械臂运动相关的传感器和卫星设备；

支架气足装置B，包括支架和第一气足装置，支架安装在第一气足装置上，用于固定空间机械臂b3关节；

滚轮气足装置C，包括滚轮组件和第二气足装置，滚轮组件安装在第二气足装置上，用于与空间机械臂臂杆连接，以实现空间机械臂臂杆的无摩擦滚转运动；

所述第一气足装置和第二气足装置结构相同，均用于实现平面内三个自由度的无摩擦运动，且高度可调节。

所述第一气足装置和第二气足装置均包括平面气足组件、压力传感器、支杆组件和弹簧组件；平面气足组件包括平面气足安装板和均布在所述平面气足安装板上的三个平面气足；支杆组件包括上支杆安装板、下支杆安装板以及均布在上支杆安装板和下支杆安装板之间的三根可调节高度的支杆，压力传感器安装在平面气足安装板和下支杆安装板之间；弹簧组件安装在上支杆安装板上，能够对第一气足装置和第二气足装置的高度进行微调，以实现第一气足装置和第二气足装置对空间机械臂的支撑。

所述弹簧组件包括弹簧上安装板、弹簧下安装板、四个直线导轨、四个直线轴承和四个弹簧，四个直线导轨均布在弹簧上安装板上，每个直线导轨上套有一个弹簧，且每个直线导轨套在一个直线轴承中，四个直线轴承安装在弹簧下安装板上；所述弹簧组件通过弹簧下安装板安装在上支杆安装板上。