CN107186754B - 一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 - Google Patents
一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107186754B CN107186754B CN201710391688.4A CN201710391688A CN107186754B CN 107186754 B CN107186754 B CN 107186754B CN 201710391688 A CN201710391688 A CN 201710391688A CN 107186754 B CN107186754 B CN 107186754B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- damping units
- fixed
- end effector
- translational
- fixed frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
- B25J19/0091—Shock absorbers
Abstract
本发明提供了一种用于空间机器人末端执行器振动抑制的装置,属于航天领域。该装置包括了平动减震单元、旋转减震单元、控制器以及固定架,该装置外廓为立方体,在六条棱边上分别装有六个平动减震单元,内部装有三个旋转减震单元,其安装方向两两相互垂直,控制器固定于固定骨架内部。该装置能够利用交换器产生的快速变化的力与力矩,实现对空间机器人末端执行器在六个自由度上包括平动与转动方向上的振动抑制作用。
Description
技术领域
本发明属于航天技术领域,特别涉及一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置。
背景技术
目前,随着航天任务的多样化、精细化,航天员已不足以应对所有的航天任务,由此空间机器人在航天任务中的角色愈发重要。出于对发射成本和任务要求的权衡以及对太空失重因素的考量,空间机器人较地面机器人具有更长、更细的连杆和更轻、更灵活的关节机构,这导致空间机器人具有不可忽视的结构柔性,包括连杆柔性和关节柔性。连杆柔性与关节柔性是限制机器人达到令人满意的轨迹的主要限制因素,因而需要对其引起的振动进行抑制。对柔性机器人进行振动抑制的目的是降低机器人末端执行器由于振动引起的轨迹跟踪误差没提高机器人的运行精度。目前为止,振动抑制的主要执行机构是机械臂的关节电机,主要实现方式是根据末端执行器的期望轨迹,建立柔性机器人的动力学方程,通过求解逆动力学得到关机电机的控制力矩,最终实现精确的末端轨迹跟踪。然而,理论上,由于柔性机器人动力学方程存在两种时间尺度的运动,即慢变运动与快变运动,逆动力学计算极其困难,且受机械臂变形影响,固有模态不能精确计算获得;工程上,关节电机针对振动产生的高频变化、幅度较小的力矩分量不仅不能精确地抵消振动,还极易导致系统运动失稳。综上所述,目前利用关节电机抑制振动在理论上较难实现,在工程上不能实现。因而需要一种理论上、工程上均可行的振动抑制方案。
发明内容
为了解决空间机器人末端执行器在位置姿态上六个自由度的振动难以抑制的问题,本发明提供了一种基于动量交换的振动抑制设备,使空间机器人的关节电机无需应对末端执行器的振动问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置,包括平动减震单元、旋转减震单元、控制器以及固定架,其中共有六个平动减震单元与三个旋转减震单元。
所述固定架为立方体结构,固定有六个平动减震单元,三个旋转减震单元以及一个控制器。其中与每两个平动减震单元为一组,两者安装方向一致,且关于立方体的中心对称,三组交换器安装方向两两垂直。三个旋转减震单元的安装的轴线两两垂直。平动减震单元与固定架通过一对压力传感器相连,旋转减震单元的电机固结于固定架上,电位计一部分固定于固定架上,一部分固定于动量轮上。
所述平动减震单元包含外壳、外部电磁线圈、质量单元、弹簧、压力传感器。其特征在于,压力传感器位于外壳外部的两端,其余部件安装与外壳内部,电磁线圈缠绕于绝缘筒上,绝缘筒内部两端分别固定有一个弹簧,弹簧另外一段连接于质量单元,质量单元由电磁线圈与软磁体组成,电磁线圈两端与两个弹簧相连。软磁体-内部电磁线圈受时变磁场变化做变速运动,其惯性力通过压力传感器作用到末端执行器上。
所述的旋转减震单元包括微型电机、减速齿轮、力矩传感器、电位计以及动量轮。其特征在于,微型电机固定于固定架上,微型电机转轴和动量轮的转轴中间由减速齿轮连接,动量轮的转轴中间设有力矩传感器,电位计固定于固定架与动量轮之间。动量轮受电机驱动做变速转动,其惯性力矩作用到末端执行器上。
所述的控制器接受各传感器的数据,将数据上传于星载电脑,并接受、放大星载电脑的控制信号,对交换器进行直接控制。其特征是固定于固定架上,对各减震单元的电压进行单独控制。
本发明的有益效果是,本发明实现了不依赖关节电机的振动抑制,同时不影响系统的位置,对系统姿态影响极小,具有可实现性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图;
图2是本发明旋转减震单元剖面图;
图3是本发明的平动减震单元主视图。
图中1.控制器,2.旋转减震单元,3.平动减震单元,4.固定装置,5.电位计,6.动量轮,7.力矩传感器,8.减速齿轮,9.传动轴,10.电机,11.压力传感器,12.外壳,13.弹簧,14外部电磁线圈,15内部电磁线圈,16软磁体,17绝缘筒。
具体实施方式
整体结构如图1所示,固定架4为立方体结构,固定有六个平动减震单元3,三个旋转减震单元2以及一个控制器1。其中与每两个平动减震单元3为一组,两者安装方向一致,并且关于末端执行器的质心对称,从而保证平动减震单元3不干扰末端执行器的姿态稳定。三个旋转减震单元2的安装方向两两垂直。平动减震单元3与固定架4通过一对压力传感器11相连,旋转减震单元2的电机10固结于固定架4上,电位计5一部分固定于固定架4上,一部分固定于动量轮6上。
旋转减震单元2结构如图2所示,电机10通过传动轴9连接减速齿轮8,动量轮6与减速齿轮8中间设有力矩传感器7,以记录输出力矩,电位计5位于动量轮6与固定架4之间。
平动减震单元3如图3所示,其压力传感器11固定于外壳12两端,在绝缘筒17内部,两端分别固定有一个无磁性的金属材质弹簧13,弹簧13的另外一段与内部电磁线圈15相连,内部电磁线圈15绕在软磁体16外表面,并将两个弹簧13连接成通路。绝缘筒17外部绕有外部电磁线圈14,其电流电压受控制器1控制。
当空间机器人的末端执行器产生振动时,星载计算机根据末端执行器的运动状态计算振动分量并实时地得到该振动抑制器的六个电压输入信息,控制器1接受电压输入信号,并将其放大为工作电压。其中当平动减震单元3通电,则外电磁线圈14形成磁场,而内部电磁线圈15通有恒定电流,弹簧13与内部电磁线圈15所构成的质量单元受磁场的磁场力和弹簧13的回复力而运动,根据牛顿第三定律,末端执行器所受力等效于质量单元的惯性力。而控制器1产生的快变电压使平动减震单元3产生快变的作用力,当其作用力方向与瞬时振动速度方向相反时,可以抑制空间机器人的平动自由度的振动。当旋转减震单元2通电,则电机10带动动量轮6旋转,则动量轮6角速度的变化而产生的惯性力矩即为末端执行器所受的力矩,当其惯性力矩方向与角速度中振动的分量方向相反,则其惯性力可以抑制转动的振动分量。因此该设备实现了对空间机器人三个平动方向、三个转动方向的振动抑制的目的。
Claims (4)
1.一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置,包括平动减震单元、旋转减震单元、控制器以及固定架,其中共有六个平动减震单元与三个旋转减震单元,所述固定架为立方体结构,其特征在于,固定有六个平动减震单元,三个旋转减震单元以及一个控制器,其中每两个平动减震单元为一组,两者安装方向一致,且关于立方体的中心对称,三组平动减震单元安装方向两两垂直,三个旋转减震单元的安装的轴线两两垂直,平动减震单元与固定架通过一对压力传感器相连,旋转减震单元的电机固结于固定架上,电位计一部分固定于固定架上,一部分固定于动量轮上。
2.根据权利要求1所述的一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置,其特征在于,所述平动减震单元包含外壳、外部电磁线圈、质量单元、弹簧、压力传感器,压力传感器位于外壳外部的两端,其余部件安装于外壳内部,电磁线圈缠绕于绝缘筒上,绝缘筒内部两端分别固定有一个弹簧,弹簧另外一段连接于质量单元,质量单元由电磁线圈与软磁体组成,电磁线圈两端与两个弹簧相连,软磁体-内部电磁线圈受时变磁场变化做变速运动,其惯性力通过压力传感器作用到末端执行器上。
3.根据权利要求1所述的一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置,其特征在于,所述的旋转减震单元包括微型电机、减速齿轮、力矩传感器、电位计以及动量轮,微型电机固定于固定架上,微型电机转轴和动量轮的转轴中间由减速齿轮连接,动量轮的转轴中间设有力矩传感器,电位计固定于固定架与动量轮之间,动量轮受电机驱动做变速转动,其惯性力矩作用到末端执行器上。
4.根据权利要求1所述的一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置,其特征在于,所述的控制器固定于固定架上,接受各传感器的数据,将数据上传于星载电脑,并接受、放大星载电脑的控制信号,以此实现对各减震单元的电压的控制。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710391688.4A CN107186754B (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710391688.4A CN107186754B (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107186754A CN107186754A (zh) | 2017-09-22 |
CN107186754B true CN107186754B (zh) | 2020-09-04 |
Family
ID=59876013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710391688.4A Active CN107186754B (zh) | 2017-05-27 | 2017-05-27 | 一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107186754B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI728762B (zh) * | 2020-03-27 | 2021-05-21 | 財團法人工業技術研究院 | 減低機械手臂振動之方法 |
CN113205737B (zh) * | 2021-04-06 | 2023-02-24 | 重庆城市职业学院 | 一种基于数字建模的旋转加速度仿真试验装置及方法 |
CN116690595A (zh) * | 2022-01-04 | 2023-09-05 | 陈威 | 一种使用多峰输入整形法的抑振机器人 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3695554A (en) * | 1970-10-16 | 1972-10-03 | Rca Corp | Nutation damping in dual-spin spacecraft |
JPS63308246A (ja) * | 1987-06-05 | 1988-12-15 | Nec Corp | 振動吸収ダンパ |
JPS6448945A (en) * | 1987-08-18 | 1989-02-23 | Nat Aerospace Lab | Vibrationproof apparatus for structure |
CN102168738B (zh) * | 2011-05-11 | 2012-11-21 | 北京航空航天大学 | 一种六自由度主被动动力吸振装置 |
CN202451695U (zh) * | 2011-11-07 | 2012-09-26 | 哈尔滨工程大学 | 封闭结构线圈外置式半主动吸振器 |
-
2017
- 2017-05-27 CN CN201710391688.4A patent/CN107186754B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107186754A (zh) | 2017-09-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7288926B2 (ja) | 脚付きロボット用のねじアクチュエータ | |
CN107186754B (zh) | 一种用于抑制空间机器人末端执行器振动的装置 | |
US4498038A (en) | Stabilization system for soft-mounted platform | |
US4033541A (en) | Torque rejection soft mounted platform | |
JP5820099B2 (ja) | 小型衛星内における運動量制御システムに基づくコントロールモーメントジャイロスコープ | |
Sariyildiz et al. | Robust position control of a novel series elastic actuator via disturbance observer | |
JP2008254726A (ja) | ハイブリッドアクチュエータ及び宇宙船の運動を制御するシステム | |
CN113386983B (zh) | 一种解耦的四自由度软对接机构 | |
CN111071471A (zh) | 一种具有俘能功能的复合式减振云台 | |
CA2722626A1 (en) | Helicopter vibration control system and circular force generation system for canceling vibrations | |
Chu et al. | Modeling and stabilization control for space-borne series-wound capturing mechanism with multi-stage damping | |
JP6505338B2 (ja) | 無反動装置及び指向制御ミラーシステム | |
JP2006194261A (ja) | 緩衝装置 | |
US11077961B2 (en) | Satellites attitude control system | |
Nagabhushan | Development of control moment gyroscopes for attitude control of small satellites | |
JP3013741B2 (ja) | 振動軽減装置 | |
JP2018089769A (ja) | 産業用ロボット及びパラレルリンクロボット | |
KR20120076895A (ko) | 가변속 김발 제어 모멘트 자이로 | |
Chen et al. | Post-capture angular momentum management of space robot with controllable damping joints | |
Salman et al. | Design, control, and dynamic simulation of securing and transformation mechanisms for a hybrid ground aerial robot | |
JP7480992B2 (ja) | ダンパ及びアイソレータ | |
Luo et al. | Structural design and analysis of 3-DOF bionic eye based on spherical ultrasonic motor | |
WO2023150467A1 (en) | Suspended phased oscillators for attitude control | |
Kim et al. | Interactions dynamics between a satellite and onboard magnetically suspended flywheels | |
JP2022126002A (ja) | 飛行体、積載物の姿勢制御装置、方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |