基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置制造方法
【专利摘要】基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置，它涉及一种机械臂重力补偿装置，具体涉及一种基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置。本发明为了解决目前没有一种针对机构复杂的多关节空间机械臂的重力补偿系统的问题。本发明包括固定悬挂机构、主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构和副回转臂跟踪悬挂机构，固定悬挂机构和主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构安装在钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构的一端与主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构连接。本发明用于空间机械臂地面模拟实验中。
【专利说明】基于环状气淳平台的气淳轴承式机械臂重力补偿装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械臂重力补偿装置，具体涉及一种基于环状气浮平台的气浮轴 承式机械臂重力补偿装置。
【背景技术】
[0002] 空间机械臂在地面试验中，如果不进行重力补偿，重力的作用将会在各关节部位 产生较大的力和力矩，会导致驱动电机无法正常运转，甚至损坏机械臂。因此，需要研制机 械臂重力补偿机构系统，重力补偿的目的是要在地面上模拟空间的零重力环境，以实现对 空间机械臂的控制，进行太空环境中机械臂运动模拟试验。目前，国外已经开发研制出的重 力补偿系统多种多样，按实现方式分为：自由落体式、悬浮式、气胎式、机械悬挂式。然而，国 内尚无针对机构复杂的多关节空间机械臂开发的重力补偿系统，要进行空间机械臂的试验 研究，需要结合机械臂的结构开发合适的重力补偿系统。现有技术中还没有解决此类问题 的发明。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决目前没有一种针对机构复杂的多关节空间机械臂的重力补偿系统 的问题，进而提出基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置。
[0004] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括固定悬挂机构、主回转臂 气浮平台跟踪悬挂机构和副回转臂跟踪悬挂机构，固定悬挂机构和主回转臂气浮平台跟踪 悬挂机构安装在钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构的一端与主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构 连接。
[0005] 本发明的有益效果是：本发明能够解决空间机械臂的重力补偿问题，为空间机械 臂在地面实验提供了重力补偿机构，结构简单，易于理解和实现。机械臂重力补偿系统的工 作模式为机械臂根部固定展开模式。根部固定展开模式是指机械臂与卫星本体固定后进行 功能验证实验和精度测试实验，本机构在根部固定模式进行功能验证实验时，可实现空间 机械手分系统各关节的单独运动，满足各关节大角度范围内的运动要求。基于环状气浮平 台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构的设计方案采用被动随动式跟踪方式。基于环状气浮 平台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构由于采用了气浮平台使得重力补偿装置臂杆受扭 小，驱动阻力矩小；基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿机构对机械臂变形影 响小，模拟精度高等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 图1是本发明的整体结构示意图。
【具体实施方式】
[0007]
【具体实施方式】一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台 的气浮轴承式机械臂重力补偿装置包括固定悬挂机构1、主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构 2和副回转臂跟踪悬挂机构3,固定悬挂机构1和主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2安装在 钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构3的一端与主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2连接。
【具体实施方式】 [0008] 二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台 的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的固定悬挂机构1包括第一杆1-1、第一悬挂板1-2和第 一轴承1-3,第一悬挂板1-2的上端与第一杆1-1的中部连接，第一悬挂板1-2下端通过第 一轴承1-3与机械臂4的第一机械臂杆4-1连接。其它组成及连接关系与一 相同。
【具体实施方式】 [0009] 三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台 的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构2包括第二杆2-1、 第一转动关节2-2、主回转臂2-3、气浮平台2-4、第三杆2-5、第二转动关节2-6、第二悬挂 板2-7和第二轴承2-8,气浮平台2-4的一端与第一杆1-1的一端连接，气浮平台2-4的另 一端与第三杆2-5的上端连接，第二杆2-1的上端与气浮平台2-4连接，第二杆2-1的下端 通过第一转动关节2-2与主回转臂2-3的一端连接，主回转臂2-3的另一端通过第二转动 关节2-6与第三杆2-5连接，第三杆2-5的下端与副回转臂跟踪悬挂机构3连接，副回转臂 跟踪悬挂机构3通过第二悬挂板2-7通过第二轴承2-8与机械臂4的第二机械臂杆4-2连 接。其它组成及连接关系与一或二相同。
[0010]
【具体实施方式】四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于环状气浮平台 的气浮轴承式机械臂重力补偿装置的副回转臂跟踪悬挂机构3包括大回转臂3-1、第三转 动关节3-2、小回转臂3-3、第三悬挂板3-4和第三轴承3-5,大回转臂3-1的一端与第三杆 2-5的下端连接，大回转臂3-1的另一端通过第三转动关节3-2与小回转臂3-3连接，小回 转臂3-3与第三悬挂板3-4的上端连接，第三悬挂板3-4的下端通过第三轴承3-5与机械 臂4连接。其它组成及连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0011] 工作原理
[0012] 机械臂的杆沿关节转动90°时，机械臂的杆位置不发生改变，第一悬挂板1-2始 终垂直，悬第一挂板1-2固定不动便可以实现零重力补偿；机械臂关节转动时，主回转臂 2- 3进行转动，带动第三杆2-5在气浮平台上转动，进而带动大回转臂和3-1和小回转臂 3- 3进行被动跟踪，以实现第二悬挂板2-7与第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿； 机械臂关节进行转动时，大回转臂进行转动同步被动跟踪关节的转动，实现第二悬挂板2-7 与第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿；关节转动时悬挂绳的悬挂位置不发生变化， 零重力补偿系统不用转动就可以保持个悬挂绳的垂直，实现零重力补偿；机械臂关节转动 时，小回转臂被动跟踪关节进行转动，第三悬挂板3-4保持垂直，进行零重力补偿；机械臂 关节的转动对零重力补偿没有影响。
【权利要求】
1. 基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置，其特征在于：所述基于环状 气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置包括固定悬挂机构（1)、主回转臂气浮平台跟 踪悬挂机构（2)和副回转臂跟踪悬挂机构（3)，固定悬挂机构（1)和主回转臂气浮平台跟踪 悬挂机构（2)安装在钢架上，副回转臂跟踪悬挂机构（3)的一端与主回转臂气浮平台跟踪 悬挂机构（2)连接。
2. 根据权利要求1所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置，其特征 在于：固定悬挂机构（1)包括第一杆（1-1)、第一悬挂板（1-2)和第一轴承（1-3)，第一悬挂 板（1-2)的上端与第一杆（1-1)的中部连接，第一悬挂板（1-2)下端通过第一轴承（1-3) 与机械臂（4)的第一机械臂杆（4-1)连接。
3. 根据权利要求1或2所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置，其 特征在于：主回转臂气浮平台跟踪悬挂机构（2)包括第二杆（2-1)、第一转动关节（2-2)、主 回转臂（2-3)、气浮平台（2-4)、第三杆（2-5)、第二转动关节（2-6)、第二悬挂板（2-7)和第 二轴承（2-8)，气浮平台（2-4)的一端与第一杆（1-1)的一端连接，气浮平台（2-4)的另一 端与第三杆（2-5)的上端连接，第二杆（2-1)的上端与气浮平台（2-4)连接，第二杆（2-1) 的下端通过第一转动关节（2-2)与主回转臂（2-3)的一端连接，主回转臂（2-3)的另一端 通过第二转动关节（2-6)与第三杆（2-5)连接，第三杆（2-5)的下端与副回转臂跟踪悬挂 机构（3)连接，副回转臂跟踪悬挂机构（3)通过第二悬挂板（2-7)通过第二轴承（2-8)与 机械臂（4)的第二机械臂杆（4-2)连接。
4. 根据权利要求3所述基于环状气浮平台的气浮轴承式机械臂重力补偿装置，其特 征在于：副回转臂跟踪悬挂机构（3)包括大回转臂（3-1)、第三转动关节（3-2)、小回转臂 (3-3)、第三悬挂板（3-4)和第三轴承（3-5)，大回转臂（3-1)的一端与第三杆（2-5)的下端 连接，大回转臂（3-1)的另一端通过第三转动关节（3-2)与小回转臂（3-3)连接，小回转臂 (3-3)与第三悬挂板（3-4)的上端连接，第三悬挂板（3-4)的下端通过第三轴承（3-5)与机 械臂⑷连接。
【文档编号】B25J19/00GK104057467SQ201410264736
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】高海波, 邓宗全, 丁亮, 刘振, 李楠, 吕凤天 申请人:哈尔滨工业大学