[发明专利]面向空间柔性机器人的随动飞行重力补偿器

说明书

本发明涉及面向空间柔性机器人的随动飞行重力补偿器，包括上端飞行组件、下端飞行组件、控制器、连接立柱、悬挂绳、重力绳和空间柔性机器人，上端飞行组件与下端飞行组件通过连接立柱固结在一起；上端飞行组件包括上聚能环、上电机、上螺旋桨和上支架；下端飞行组件包括下聚能环、下电机、下螺旋桨和下支；连接立柱的两端分别与上支架和下支架相连接，下端飞行组件上设有下悬挂孔，下悬挂孔上均连接有悬挂绳，悬挂绳的下端均连接重力绳，重力绳的另一端连接空间柔性机器人。本发明可以有效提升对连续型机器人的重力补偿能力，降低重力补偿系统对空间柔性机器人运动的影响以及降低重力补偿系统的成本，对空间柔性机器人的研发具有非常重要的价值。

技术领域

本发明涉及空间连续机器人领域，尤其涉及一种面向空间柔性机器人的随动飞行重力补偿器。

背景技术

随着航空航天技术的不断发展与进步，人类遨游太空、探索太空知识的梦想逐渐成为现实，如人造卫星发射、深空探测、载人航天的成功等，太空活动范围也逐渐由科学实验、清洁维护等常规性舱内活动向限位器、操作平台的安装等舱外活动延伸。早期在技术条件受限的情况下，太空活动主要由航天员独立完成，但由于舱外活动环境恶劣、复杂多变，航天员作业存在高成本、高风险等问题，且完成任务及操作精度有限，因此，空间操作能力有限，部分空间作业无法开展或者效率很低。在此背景下，空间柔性机器人成为目前的研究热点。当航天员在执行舱外作业任务时，应用空间柔性机器人辅助完成相应操作不仅能降低航天员出舱作业的风险、减轻作业负担、提高作业效率，还能简化环境控制、生命保障系统等的建模过程，同时，空间柔性机器人还能到达宇航员不能到达的空间执行危险任务，这对空间站的未来应用具有非常重要的意义。

空间柔性机器人在发射升入太空前，需要在地面进行功能验证实验。由于空间柔性机器人是在太空中进行工作，其在设计及制造过程中均未考虑重力因素，因此空间柔性机器人不具备在重力环境下的工作能力，无法在地面独立完成功能验证实验，需要增加重力补偿装置对空间柔性机器人进行重力补偿，辅助空间柔性机器人完成地面功能验证实验。目前现有的重力补偿装置主要有吊丝重力补偿装置及水浮重力补偿装置，采用吊丝重力补偿装置对空间柔性机器人进行重力补偿时，只能对空间柔性机器人的平面运动进行重力补偿，无法对空间柔性机器人的三维空间运动进行重力补偿；采用水浮重力补偿装置时，可以对空间柔性机器人的三维空间运动进行重力补偿，但水浮重力补偿存在水阻力较大以及水浮系统成本高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供面向空间柔性机器人的随动飞行重力补偿器，旨在实现对空间柔性机器人在进行多维运动时进行重力补偿，从而模拟太空微重力环境对空间柔性机器人进行功能验证实验，保证空间柔性机器人进入太空后可靠运行。

本发明所采用的技术方案为：

面向空间柔性机器人的随动飞行重力补偿器，包括上端飞行组件、下端飞行组件、控制器、连接立柱、悬挂绳、重力绳和空间柔性机器人，上端飞行组件与下端飞行组件通过连接立柱固结在一起；

所述上端飞行组件包括上聚能环、上电机、上螺旋桨和上支架，所述上支架设于上聚能环的底部，上电机设于上支架的上表面中心处，所述上电机的输出轴与上螺旋桨相连接，上螺旋桨位于上聚能环的顶部；

所述下端飞行组件包括下聚能环、下电机、下螺旋桨和下支架，所述下支架设于下聚能环的顶部，下电机设于下支架的底部的中心处，下电机的输出轴与下螺旋桨相连接，下螺旋桨位于下聚能环的底部；

所述控制器设于下支架的上表面且位于上支架的下方，控制器包括底盘、电源、平衡块、控制单元和传感单元，所述电源、平衡块、控制单元和传感单元设于底盘上，电源分别向控制单元、传感单元、上电机和下电机供电；

所述连接立柱的两端分别与上支架和下支架相连接，所述下端飞行组件上设有若干下悬挂孔，每个下悬挂孔上均连接有悬挂绳，悬挂绳的下端均连接重力绳，重力绳的另一端连接空间柔性机器人。