本文關(guān)鍵詞：空間機(jī)械臂地面微重力混合模擬方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第 35卷第 3期 20 13年 5月 D O I: 10 . 3 724 l S P J.12 18. 2 0 13 . 0 02 99

機(jī)器人

R O BO T

o V

l.3 5, N o .3 M ay, 20 13

空間機(jī)械臂地面微重力混合模擬方法研究 葉平,何雷,宋爽,孫漢旭 1 0 876 ) (北京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院,北京

摘要:針對(duì)可用于空間站組裝的 7一 D O F空間機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了基于氣浮和靜平衡的地面微重力混合模擬方法 .采用氣浮法實(shí)現(xiàn) 7一 D O F空間機(jī)械臂中間段的重力補(bǔ)償,并設(shè)計(jì)兩套靜平衡機(jī)構(gòu)分別用于實(shí)現(xiàn) 7一 D OF空間機(jī)械臂兩端肩部和腕部的重力補(bǔ)償 .利用該混合模擬方法搭建的地面微重力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn) 7一 D O F空間機(jī)械臂的 3維運(yùn)動(dòng),可用于 7一 D O F空間機(jī)械臂的末端定位精度測(cè)試 !目標(biāo)捕獲等地面實(shí)驗(yàn)研究.利用 A D A M S建立了 7一 D O F空間機(jī)械臂地面微重力實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的仿真模型,并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)研究.仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法可以用于 7一 D O F空間機(jī)械臂的微重力模擬 .關(guān)鍵詞:空間機(jī)械臂;微重力環(huán)境;靜平衡機(jī)構(gòu):氣浮中圖分類號(hào): T P 24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

文章編號(hào): 1002一 0446(2013卜 03一 0299一 07

A H y b rid M e th o d f o r M ier o g rav ity S im u la tio n of S P a ce R o b o t i c M a n iP u Ia to r Y E P in g, H E L e i, S O N G S h u a n g, S U N H an x u ( A ut o m ati on Sc h ool, B ei ji ng U n i ver s i勺,o f P O st s and T e l eeom m uni eat i o,: s, Bei ji月 9 1( ) 876, C X h i na)

A b stra et: A eeo rding t o st U etural eharaeteri r st ies o f a sPaee robo t ie m an i P ul at or w it h 7 D O Fs ( d egrees of f e ed o m ) w h i r eh ea n b e u sed f o r sP a c e st t i a o n assem b l y, a h ybr i d m et h od f o rm i ero grav i t y si m ul ati on f o r t he 7一 D O F m ani Pul at or on t h e e Presented m etho d 1 5 a eo m binat i o n of air - b ea i n g su PP or r t a n d st at i e b alanei n g . G ravit y of t he eha nism s ar e T he

grou nd 15 Pr o Po sed . T h

m idd l e seg m en t of the 7一 D OF m a n iPu l ator 1 5 com P ensat e d by ai - b ea r i n g suP Po r r t .A nd tw o stat ie b al n ei a ng m e

d esi gn ed to eom P en sat e the grav i ty o f b ot h en ds of t h e 7一 D O F m an i Pu lator, i. e. t h e sh ou l d er an d w r i st, resPee t i ve l . y而 erog ravit y gro un d一 b ased f c a di m en si o ns.T h e r il it y usi ng t h e hy br i d m etho d all ow s t h e 7一 D O F m an i P ulat or t o Per o f m r

m o vem ent i n t h ree

o re, i f n t h e sim ulat ed m jerog a r

vit y environ m ent, t h e Po sit ion i n g accu r a ey of t h e en d一 ef e cto r of t h e7一 DO F e t ea P tu r e a ls o e a n b e e a n r e d o u t o n th e g r o u n d . T h e m ic ro g ra v ity

m a n iP u la to r e a n b e m e a su r e d, a n d ex Per i m e n ts o f ta g r

gro und一 b ased f a eil it y of t he 7一 D O F m an i P

u l ator 15 m o deled w i th A D A M S, and i ts P er o r f m a n ee 15 stud i ed . S i m ul ati o n re sult s d e m o n st r a te t h e f e a sib ility o f t h e Pr o P o se d m ie r o g ra v ity s im u la tio n m e t h od f o rt h e 7一 D O F sP a c e r o bot i e m a n iP u lato r.

e y w o rds: sP aee ro boti K e m a m Pul at o r:而 erog ravit y enviro nm ent: stat i e balaneing m eeha n i sm: ai卜bea r i n g su PP or t

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引言 (In tr o du ction ) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,空間機(jī)器人在人類探索

確性{.! 3}.在地面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,首先需要模擬太空

的微重力環(huán)境 .目前,國(guó)內(nèi)外空間機(jī)械臂地面微重 力環(huán)境的模擬方法主要有:氣浮法 !水浮法和吊絲配重法等 .氣浮法是采用氣足 (又稱空氣軸承 ),將空間機(jī)械臂支撐在光滑的氣浮臺(tái)上,利用氣足噴氣的反作用力抵消機(jī)械臂的重力 .該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 .!承載能力大 !精度高等特點(diǎn),在 2維平面內(nèi),氣浮法可以達(dá)到很好的實(shí)驗(yàn)效果 .加拿大 M D A公司研制的 Ca n a d ann Z機(jī)械臂和歐洲航天局 E S A研制的 E R A機(jī)械臂,均采用氣浮法開展相應(yīng)的地面實(shí)驗(yàn)研究 .太空活動(dòng)中發(fā)揮著越來越重要的作用,不僅可以協(xié)助或者代替宇航員執(zhí)行空間站組裝 !維修 !部件更換等傳統(tǒng)在軌操作,還可以執(zhí)行燃料補(bǔ)給 !航天器

監(jiān)視與捕獲等新型在軌操作 .空間機(jī)械臂作為空間 機(jī)器人系統(tǒng)的重要組成部分,具有多自由度控制的難度與高風(fēng)險(xiǎn),是決定在軌操作任務(wù)成敗的關(guān)鍵 .因此,在發(fā)射入軌之前,必須在地面模擬的微重力環(huán)境中對(duì)空間機(jī)械臂進(jìn)行全面的 !嚴(yán)格的仿真與驗(yàn)證,從而保證空間機(jī)械臂在軌執(zhí)行各項(xiàng)任務(wù)時(shí)的準(zhǔn)

但是,氣浮法只適用于空間機(jī)械臂在 2維平面內(nèi)的

墓余項(xiàng) ! 8:國(guó)家 97 3計(jì)劃資助項(xiàng)目 ( 2 0 1 3C B 73 3 00 5 );困家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)日 1 1 1750 6 8 0 );中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng) l刁 (20 12 PT B一 00一 11 ) .

通訊作者: l于卜 .I嘆, yepi ng@ bupt. ed u. en

收稿/錄用/修回: 20 12一 12一 31/20 12一 01一 22/ 20 12一 03一 21

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