CN108674698B - 一种七自由度机械臂重力补偿装置 - Google Patents

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Abstract

一种七自由度机械臂重力补偿装置，它涉及一种重力补偿装置，具体涉及一种七自由度机械臂重力补偿装置。本发明为了解决七自由度机械臂活动形式复杂、自由度多，难以进行失重悬吊下的运动实验的问题。本发明包括五个恒拉力系统、五个二维位置系统和五个连接单元，恒拉力系统安装在二维位置系统上，恒拉力系统通过所述连接单元与机械臂连接。本发明属于航空航天领域。

Description

一种七自由度机械臂重力补偿装置
技术领域
本发明涉及一种重力补偿装置，具体涉及一种七自由度机械臂重力补偿装置，属于航空航天领域。
背景技术
太空是一个高真空、微重力的环境，其重力加速度仅为地面上的百分之一到十万分之一之间。空间机械臂在太空工作时，自身的重力对机械臂各关节的力矩很小，甚至可以忽略不计。此外，空间机械臂可以在一定的空间范围之内运动，其运动工作空间是三维的。
由于空间环境失重的特殊性，杆件自身的重力对空间机械臂的运动特性影响很小，在空间机械臂设计时，各杆件的重力不在考虑范围之内；同时由于空间任务的特殊需求以及空间站上提供的能源很有限，在空间机械臂设计时，大多数机械臂展开都比较长，同时空间机械臂多采用小功率驱动电机。由于上述设计的原则，如果空间机械臂直接在地面实验，各杆件重力会导致机械臂无法正常工作。因此，在地面进行空间机械臂功能测试时，需要建立地面微重力实验环境，以便对空间机械臂系统的功能和可行性进行验证。同时，地面微重力环境系统也是空间机械臂关键技术之一。微重力补偿的目的是要在地面上模拟空间的微重力环境，以实现对空间机械臂的控制，进行太空环境中的模拟。
发明内容
本发明为解决七自由度机械臂活动形式复杂、自由度多，难以进行失重悬吊下的运动实验的问题，进而提出一种七自由度机械臂重力补偿装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括五个恒拉力系统、五个二维位置系统和五个连接单元，恒拉力系统安装在二维位置系统上，恒拉力系统通过所述连接单元与机械臂连接。
进一步的，每个所述连接单元包括绳索、横杆和两个连接架组件，绳索的上端与恒拉力系统连接，绳索的下端与横杆的中部连接，横杆的两端通过两个所述连接架组件与机械臂连接。
进一步的，每个连接架组件包括拉杆、三角板、两个竖杆和两个滚道，拉杆的上端与横杆的端部连接，拉杆的下端与三角板的一个角连接，两个竖杆的上端与三角板另外两个角连接，两个竖杆的下端通过两个滚道与机械臂连接。
进一步的，恒拉力系统包括电机、扭簧和卷筒，电机的转轴通过扭簧与卷筒连接，卷筒与绳索的上端连接。
进一步的，二维位置系统包括底座板和两组导轨，第一组导轨与第二组导轨相互垂直设置，每组导轨由两根平行设置的导轨组成，恒拉力系统安装在底座板上，底座板安装在第一组导轨上，且底座板能沿第一组导轨直线往复移动。
进一步的，本发明还包括五个视觉位置采集系统和五个靶标，靶标安装在绳索上，视觉位置采集系统安装在二维位置系统上，视觉位置采集系统用于采集靶标的位置信息。
本发明的有益效果是：通过本发明专利的方案，可以在地面进行7自由度机械臂的重力补偿实验，验证机械臂的可靠性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置包括五个恒拉力系统1、五个二维位置系统3和五个连接单元，恒拉力系统1安装在二维位置系统3上，恒拉力系统1通过所述连接单元与机械臂11连接。本实施方式可以适用者多于7个自由度或者少于7个自由的机械臂的重力补偿，只需要相应的增加或者减少臂杆上方构成的吊挂系统。同样此方案也可以应用于不是机械臂的其他补偿对象，只需要改变相应的接口在滚道10上即可实现。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置的每个所述连接单元包括绳索4、横杆6和两个连接架组件，绳索4的上端与恒拉力系统1连接，绳索4的下端与横杆6的中部连接，横杆6的两端通过两个所述连接架组件与机械臂11连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置的每个连接架组件包括拉杆7、三角板8、两个竖杆9和两个滚道10，拉杆7的上端与横杆6的端部连接，拉杆7的下端与三角板8的一个角连接，两个竖杆9的上端与三角板8另外两个角连接，两个竖杆9的下端通过两个滚道10与机械臂11连接。滚道10是半圆弧形，滚道10套装在机械臂11的外表面上，每个绳索4下包含三个平行四边形机构，每个机械臂11和其上面的两个滚道10两个竖杆9和三角板8组合两个下级平行四边形机构，两个三角板8的下面两个顶点和两个拉杆7、横杆6组成上级平行四边形机构；三角板8的下顶点的位置代表机械臂杆的质心向上平移的结果，即三角板的三个顶点构成的三角形和机械臂杆质心和两个滚道10构成的三角形是全等的。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置的恒拉力系统1包括电机1-1、扭簧1-2和卷筒1-3，电机1-1的转轴通过扭簧1-2与卷筒1-3连接诶，卷筒1-3与绳索4的上端连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置的二维位置系统3包括底座板3-1和两组导轨，第一组导轨与第二组导轨相互垂直设置，每组导轨由两根平行设置的导轨3-2组成，恒拉力系统1安装在底座板3-1上，底座板3-1安装在第一组导轨上，且底座板3-1能沿第一组导轨直线往复移动。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种七自由度机械臂重力补偿装置还包括五个视觉位置采集系统2和五个靶标5，靶标5安装在绳索4上，视觉位置采集系统2安装在二维位置系统3上，视觉位置采集系统2用于采集靶标5的位置信息。本实施方式中视觉位置采集系统2采用是工业摄像机。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或五相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种七自由度机械臂重力补偿装置，它包括五个恒拉力系统(1)、五个二维位置系统(3)和五个连接单元，恒拉力系统(1)安装在二维位置系统(3)上，恒拉力系统(1)通过所述连接单元与机械臂(11)连接；每个所述连接单元包括绳索(4)、横杆(6)和两个连接架组件，绳索(4)的上端与恒拉力系统(1)连接，绳索(4)的下端与横杆(6)的中部连接，横杆(6)的两端通过两个所述连接架组件与机械臂(11)连接；其特征在于：每个连接架组件包括拉杆(7)、三角板(8)、两个竖杆(9)和两个滚道(10)，拉杆(7)的上端与横杆(6)的端部连接，拉杆(7)的下端与三角板(8)的一个角连接，两个竖杆(9)的上端与三角板(8)另外两个角连接，两个竖杆(9)的下端通过两个滚道(10)与机械臂(11)连接；滚道(10)是半圆弧形，滚道(10)套装在机械臂(11)的外表面上，每个绳索(4)下包含三个平行四边形机构，每个机械臂(11)和其上面的两个滚道(10)所对应的两个竖杆(9)和三角板(8)组合两个下级平行四边形机构，两个三角板(8)的下面两个顶点和两个拉杆(7)、横杆(6)组成上级平行四边形机构；三角板(8)的下顶点的位置代表机械臂杆的质心向上平移的结果，即三角板的三个顶点构成的三角形和机械臂杆质心和两个滚道(10)构成的三角形是全等的。
2.根据权利要求1所述一种七自由度机械臂重力补偿装置，其特征在于：恒拉力系统(1)包括电机(1-1)、扭簧(1-2)和卷筒(1-3)，电机(1-1)的转动轴通过扭簧(1-2)与卷筒(1-3)连接，卷筒(1-3)与绳索(4)的上端连接。
3.根据权利要求1所述一种七自由度机械臂重力补偿装置，其特征在于：二维位置系统(3)包括底座板(3-1)和两组导轨，第一组导轨与第二组导轨相互垂直设置，每组导轨由两根平行设置的导轨(3-2)组成，恒拉力系统(1)安装在底座板(3-1)上，底座板(3-1)安装在第一组导轨上，且底座板(3-1)能沿第一组导轨直线往复移动。
4.根据权利要求1所述一种七自由度机械臂重力补偿装置，其特征在于：所述一种七自由度机械臂重力补偿装置还包括五个视觉位置采集系统(2)和五个靶标(5)，靶标(5)安装在绳索(4)上，视觉位置采集系统(2)安装在二维位置系统(3)上，视觉位置采集系统(2)用于采集靶标(5)的位置信息。
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