[发明专利]空间展开机构末端运动轨迹测试方法

说明书

本发明涉及一种空间展开机构末端运动轨迹测试方法，包括以下步骤：a、建立空间展开机构的末端外壳和末端轴线的关系；b、标定固定基准与测试台面的关系；c、对空间展开机构开展运动试验，计算末端的振动量以及速度、加速度及其误差。本发明可以对多自由度空间机械臂的运动轨迹曲线及运动量进行高精度、自动化、快速测量。

技术领域

本发明涉及一种空间展开机构末端运动轨迹测试方法。

背景技术

空间机械臂是在太空中执行空间站建造与运营支持、卫星组装与服务、行星整体探测与实验等任务的一种特种机器人。按照执行任务的不同，可以将空间机械臂分为在轨操作机械臂和星表探测机械臂两类。其中，在轨操作机械臂的任务包括在轨组装、维护、检查和辅助航天员活动等，星表探测机械臂的任务包括巡视移动、样品采集科学测量和辅助航天员探测等。

空间机械臂一般为多自由度串联式构型，主要由机械臂关节、臂杆组件及末端执行器三部分组成。根据空间结构及作业要求的不同，空间机械臂的运动自由度及其配套关节的数量可为4到7个。可见，多自由度空间机械臂为一套复杂的系统，拥有较强的系统性，且关节、臂杆接口匹配性较高，具有臂杆包络尺寸大、产品刚度弱、运动轨迹复杂的特点。同时，复杂的空间任务也要求机械臂具备很好的灵活性和较高的位姿控制精度，因此为确保任务成功，空间机械臂需要在地面测试阶段进行大量的功能和性能试验，并对机械臂的运动轨迹曲线、振动量、速度、加速度进行测试与分析。

在现有技术中，空间机械臂的末端运动轨迹测试主要是利用单台激光跟踪仪来人工采集靶点而完成的接触式测量，这种方式的测试效率极其低下，且无法保证测试精度。由此，亟需设计一种机械臂末端运动轨迹测试及解算方法，从而能够适应多自由度空间机械臂末端运动轨迹曲线、振动量、速度及加速度的高效、高精度的测试需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间展开机构末端运动轨迹测试方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种空间展开机构末端运动轨迹测试方法，包括以下步骤：

a、建立空间展开机构的末端外壳和末端轴线的关系；

b、标定固定基准与测试台面的关系；

c、对空间展开机构开展运动试验，计算末端的振动量以及速度、加速度及其误差。

根据本发明的一个方面，在空间展开机构的装配过程中，将固定基准标定至支撑结构的靶点，并将空间展开机构的末端轴线靶点标定至末端外壳靶点。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(a)中，在空间展开机构的末端外壳靶点上设置动态靶球，再使用激光跟踪仪建立动态靶球与末端轴线靶点的关系，标定出末端外壳靶点与末端轴线靶点的关系。

根据本发明的一个方面，在功能性能试验前，将支撑结构的靶点恢复至固定基准，并将末端外壳靶点恢复至末端轴线靶点。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(b)中，在固定基准和测试台面上设置靶点，标定出固定基准的靶点与测试台面的靶点的关系；

利用测试台面的靶点作为固定基准的参照，利用激光跟踪仪建立固定基准坐标系。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，对空间展开机构开展运动试验前，利用激光跟踪仪将测量台面的靶点统一至固定基准坐标系，并利用激光跟踪仪牵引末端轴线靶点。

根据本发明的一个方面，在所述步骤(c)中，动态采集动态靶球的移动坐标，得出坐标点云；

将动态靶球的坐标点云转换为固定基准坐标系下的点云，得出运动轨迹曲线，转换模型为：