CN115493733A - 基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法 - Google Patents

Abstract

基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法，属于航天技术领域，包括气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置；所述气浮支撑装置放置在气浮平台上，通过配气装置为每个气浮支撑装置的平面气足供气，使气浮支撑装置浮起；所述气浮支撑装置用于多自由度空间机械臂地面零重力状态模拟，降低或消除产品的装配应力，减小重力对空间机械臂产品功能及性能的影响；所述力监视系统包括若干设置于气浮支撑装置上的力传感器，用于监测各个活动部件装配前后的受力状态，实现了多自由度机械臂基于气浮平台的三维全物理运动。

Description

基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法

技术领域

本发明涉及基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法，属于航天技术领域。

背景技术

空间机械臂在轨处于微重力状态，产品不受重力影响，各运动部件之间无装配应力，且具有高寿命、高可靠性要求；而在地面装配及试验阶段，由于重力影响，产品受到额外的装配附加应力，导致运动部件自身的力传感器数据失真，性能测试结果畸变，严重时会导致测试结果失效甚至产品损伤，因此，地面装配及测试阶段需要采用低应力的装配方法，抵消重力对产品功能及性能的影响，降低产品的装配应力，保证在装配及运动过程中产品测试数据的准确性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法，针对机械臂3+1+3构型，设计三个俯仰关节运动为平面运动，肩/腕偏航、回转关节利用支撑+悬吊的方法，整体采取气浮支撑的方式，对各活动部件进行独立支撑，通过支撑装置的运动轨迹保持，解耦产品之间的运动关联性，辅以力传感器测量，达到精确调节产品间相关受力的目的，实现空间机械臂的低装配应力目标，支持空间机械臂在气浮平台的三维物理运动。

本发明的技术解决方案是：一种用于多自由度机械臂低应力装配的气浮支撑系统，包括气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置；

所述气浮支撑装置放置在气浮平台上，通过配气装置为每个气浮支撑装置的平面气足供气，使气浮支撑装置浮起；所述气浮支撑装置用于多自由度空间机械臂地面零重力状态模拟，降低或消除产品的装配应力，减小重力对空间机械臂产品功能及性能的影响；

所述力监视系统包括若干设置于气浮支撑装置上的力传感器，用于监测各个活动部件装配前后的受力状态。

进一步地，所述气浮支撑装置包括：

肩部俯仰支架，用于肩部末端及肩部回转关节的低应力装配；以及

肩部平动支架，用于肩部偏航关节及肩部俯仰关节的低应力装配；以及

第一臂杆支架，设有两个，用于空间机械臂第一臂杆的支撑固定；以及

肘部平动支架，用于空间机械臂肘部俯仰关节和空间机械臂中控组合体的低应力装配；以及

第二臂杆支架，用于空间机械臂第二臂杆的支撑固定；以及

腕部支架，用于空间机械臂腕部俯仰关节、空间机械臂腕部偏航关节、空间机械臂腕部关节延长件及空间机械臂腕部回转关节组合体、空间机械臂腕部末端执行器的低应力装配。

进一步地，所述肩部俯仰支架包括：

肩部俯仰气浮支撑架车机构，为装配提供操作平台，包括四个肩部俯仰支架平面气足、架车、辊轮、轴承座、辊轮座、轴承；肩部俯仰支架平面气足通过连接螺杆连接在架车的底部，用于为架车提供气浮力；架车的两侧各设置有一个支撑架，其中一个支撑架的顶端固定有轴承，另一个支撑架的顶端固定有辊轮座，两个轴承座设置在辊轮座上，架车上的辊环与两个辊轮相切肩部回转关节位姿调节机构和四个高度调节机构设置在船板上；以及

船板，位于架车上方，船板的一侧通过俯仰轴与轴承转动连接，船板的另一侧与辊环固定连接；以及

肩部末端小滚环、肩部末端大滚环，与空间机械臂肩部末端执行器进行连接，且三者之间具有预设范围的同轴度，使空间机械臂肩部末端执行器安装于末端位姿调节机构上后，绕自身回转轴线进行自由转动。

进一步地，所述肩部平动支架包括四个肩部平动支架平面气足、肩部平动支架本体、固定板、三个双螺纹调整杆、调整板、四个肩部偏航关节姿态微调机构、肩部偏航关节支撑架、上吊板、轴承、旋转吊板、四个肩部俯仰关节姿态微调机构；

肩部平动支架平面气足通过连接螺杆连接在肩部平动架车本体的底部，用于为肩部平动架车本体提供气浮力；固定板固定在肩部平动架车本体上，通过三个双螺纹调整杆对调整板进行高度及姿态的粗级调节；四个肩部偏航关节姿态微调机构安装在调整板上，每个肩部偏航关节姿态微调机构中串联一个力传感器；肩部偏航关节支撑架安装在架车本体上，其上装配上吊板，旋转吊板通过轴承与上吊板连接。

进一步地，所述肘部平动支架包括四个肘部平动支架平面气足、肘部平动支架本体、四个肘部俯仰关节位姿调整机构、三个双螺纹调整杆、螺杆支撑环、气浮托板、气浮板、三个中控组合体位姿调整机构、第一中控组合体安装支架、第二中控组合体安装支架；

肘部平动支架平面气足通过连接螺杆连接在肘部平动支架本体的底部，用于为肘部平动支架本体提供气浮力；

每个肘部俯仰关节位姿调整机构中串联一个力传感器，共计四个；

气浮托板通过三个双螺纹调整杆和螺杆支撑环安装在肘部平动支架本体上，作为气浮板的浮动底座；第一中控组合体安装支架、第二中控组合体安装支架与空间机械臂中控组合体安装后通过每个中控组合体位姿调整机构固定于气浮板上，每个中控组合体位姿调整机构中串联一个力传感器，共计三个；在气浮板与气浮托板之间通气形成气膜，使气浮板浮起，从而抵消重力并减小运动摩擦力；

肘部平动支架用于空间机械臂肘部俯仰关节和空间机械臂中控组合体的低应力装配。

进一步地，所述腕部支架包括八个腕部支架平面气足、腕部支架本体、四个腕部俯仰关节位姿调整机构、腕部偏航关节吊挂、立柱支架、固定立柱、回转立柱、滑套、定滑轮、钢丝绳、动滑轮、U型吊挂、上横梁、上横梁配重、腕部回转关节相似机构吊挂、腕部末端执行器相似吊挂；

腕部支架本体作为腕部支架的主体部分，供各组成部件进行集成、安装、连接及支撑及刚度保持；

每个腕部俯仰关节位姿调整机构中串联一个力传感器；

腕部偏航关节吊挂包括拉杆、回转轴承；拉杆、回转轴承之间串联有力传感器；

立柱支架安装于腕部支架本体上方；

固定立柱固定在立柱支架上，回转立柱与固定立柱进行配合安装，并可在固定立柱中自由转动；

滑套适应U型吊挂和上横梁装配时的位置偏差，在回转立柱的水平轴上自由滑动；

在立柱支架、固定立柱、回转立柱中均安装有用于钢丝绳走线的滑轮，其中，定滑轮安装在滑套底部，U型吊挂上端与动滑轮连接，下端与上横梁连接；钢丝绳依次绕过定滑轮、动滑轮以及回转立柱、固定立柱、立柱支架中的滑轮，与配重连接，以配重抵消腕部回转组合体的重力；

上横梁配重安装与上横梁上，通过配重的质量与位置调整，辅助腕部回转组合体实现随遇平衡；

腕部回转关节相似机构吊挂与空间机械臂腕部关节延长件及空间机械臂腕部回转关节组合体连接，用于实现组合体的静平衡，通过调整腕部回转关节相似机构配重、腕部回转关节配重将组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆轴线上，达到随遇平衡；

腕部末端执行器相似吊挂与空间机械臂腕部末端执行器连接，用于实现空间机械臂腕部末端执行器的静平衡，通过调整腕部末端执行器相似机构配重、腕部末端执行器配重将空间机械臂腕部末端执行器质心调整至腕部末端执行器上吊杆轴线上，达到随遇平衡；

上横梁、腕部回转关节相似机构吊挂、腕部末端执行器相似吊挂形成一个大的平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂、腕部末端执行器相似吊挂在上横梁上的安装位置，将空间机械臂腕部关节延长件、空间机械臂腕部回转关节、腕部末端执行器大组合体的质心调整至U型吊挂轴线上，达到大组合体的随遇平衡。

进一步地，所述力监视系统包括至少三十个力传感器；其中

第一组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部末端执行器的受力；

第二组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部回转关节、肩部关节延长件组合体的受力；

第三组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部偏航关节的受力；

第四组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部俯仰关节的受力；

第五组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肘部俯仰关节的受力；

第六组力传感器包括至少三个力传感器，用于监视空间机械臂中控组合体的受力；

第七组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂腕部俯仰关节的受力；

第八组力传感器用于监视空间机械臂腕部偏航关节的受力；

第九组力传感器，用于监视空间机械臂腕部关节延长件及空间机械臂腕部回转关节组合体的受力；

第十组力传感器用于监视空间机械臂腕部关节延长件、空间机械臂腕部回转关节、空间机械臂腕部末端执行器组合体的受力。

进一步地，将多自由度空间机械臂按照构型及布局状态，进行运动自由度的划分，将气浮支撑装置划分为四个组份：肩部俯仰运动组份、肩部平动运动组份、肘部平动运动组份、腕部运动组份，并根据需要选择肩部、肘部、腕部进行分组份固定，实现空间多自由度机械臂各运动关节的运动。

进一步地，所述气浮支撑装置用于装配阶段各单机之间的低应力装配，同时考虑机械臂的运动测试需求，实现机械臂的装配构型、试验构型以及收拢折叠构型的形态转换，以及在三维运动过程中各运动关节的低应力状态。

基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法，包括：

步骤一：对肩部俯仰气浮支撑架车机构进行调平；将船板安装在肩部俯仰气浮支撑架车机构上，船板的一侧通过俯仰轴与轴承转动连接，船板的另一侧与辊环固定连接；通过调整两个辊轮的位置，以及辊环在船板上的安装位置，保证辊环的轴线与气浮平台平面的平行度；

步骤二：将空间机械臂肩部回转关节与空间机械臂肩部关节延长件组合体安装在肩部回转关节位姿调节机构上，并与船板连接，通过四个高度调节机构调整空间机械臂肩部关节延长件轴线，保证空间机械臂关节延长件轴线与辊环同轴；记录第二组力传感器的受力；

步骤三：将空间机械臂肩部末端执行器与肩部末端小滚环、肩部末端大滚环连接，测调肩部末端小滚环、肩部末端大滚环与空间机械臂肩部末端执行器的同轴度，称重对组合体进行质心计算、调整，保证组合体质心位于空间机械臂肩部末端执行器轴线上；

步骤四：将空间机械臂肩部末端执行器安装在末端位姿调节机构上，测调空间机械臂肩部末端执行器与空间机械臂肩部回转关节输出轴的同轴，记录第一组力传感器的受力；

步骤五：将空间机械臂肩部末端执行器与空间机械臂肩部回转关节在船板上进行对接；

步骤六：调整船板上的配重，使船板上的设备及工装组合体质心位于空间机械臂关节延长件轴线上，达到组合体的随遇平衡；

步骤七：将空间机械臂肩部偏航关节安装在肩部平动支架上，通过三个双螺纹调整杆先将空间机械臂肩部偏航关节降到最低点，通过四个肩部偏航关节姿态微调机构调整空间机械臂肩部偏航关节的位姿，保证空间机械臂肩部偏航关节输出轴轴线与地面的平行度、固定轴轴线与地面的垂直度；

步骤八：将空间机械臂肩部俯仰关节与四个肩部俯仰关节姿态微调机构连接，测调空间机械臂肩部俯仰关节固定器轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度；记录第四组力传感器的受力；

步骤九：通过三个双螺纹调整杆将空间机械臂肩部偏航关节升起，与空间机械臂肩部俯仰关节对接；通过四个肩部偏航关节姿态微调机构调整空间机械臂肩部偏航关节的位姿，将第三组力传感器和第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内，并保证空间机械臂肩部偏航关节与空间机械臂肩部关节延长件轴线的高度差；重新测量空间机械臂肩部俯仰关节、空间机械臂肩部偏航关节的同轴度、轴线与地面的高度；

步骤十：将空间机械臂肩部偏航关节与空间机械臂肩部关节延长件对接；通过调整末端位姿调节机构、肩部回转关节位姿调节机构、肩部偏航关节姿态微调机构、肩部俯仰关节姿态微调机构，将第一组～第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；重新测量单机之间的同轴度、轴线高度；

步骤十一：通过地检设备依次开展空间机械臂肩部回转关节动平衡测试、空间机械臂肩部偏航关节动平衡测试、空间机械臂肩部俯仰关节动平衡测试；确认第一组～第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则进行迭代测调；

步骤十二：将空间机械臂肩部末端执行器与装配支架车固定，作为空间机械臂装配的固定端，启动后续装配工作；

步骤十三：空间机械臂第一臂杆安装在二个第一臂杆支架上，通过四个螺纹杆调整空间机械臂第一臂杆的轴线高度、与空间机械臂肩部俯仰关节的同轴度；

步骤十四：将空间机械臂肘部俯仰关节安装在肘部平动支架上，通过四个肘部俯仰关节位姿调整机构调整空间机械臂肘部俯仰关节的位姿，保证空间机械臂肘部俯仰关节固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与空间机械臂第一臂杆的同轴度；记录第五组力传感器的受力；通过三个双螺纹调整杆先将气浮托板升到最高点；

步骤十五：将空间机械臂中控组合体、第一中控组合体安装支架、第二中控组合体安装支架、三个中控组合体位姿调整机构、气浮板进行组装，通过中控组合体位姿调整机构调整空间机械臂中控组合体轴线与气浮板气浮平面的垂直度；记录第六组力传感器的受力；

步骤十六：将空间机械臂中控组合体与安装支架形成的大组合体与气浮托板进行对接，同时通过三个双螺纹调整杆将大组合体下降，与空间机械臂肘部俯仰关节对接，将第五组力传感器和第六组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量空间机械臂肘部俯仰关节、空间机械臂中控组合体的同轴度及轴线高度；

步骤十七：将空间机械臂第一臂杆与空间机械臂肩部俯仰关节、空间机械臂肘部俯仰关节进行组装对接，形成前半臂；将第一组～第六组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量前半臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度；

步骤十八：将空间机械臂第二臂杆安装在第二臂杆支架上，通过四个螺纹杆调整空间机械臂第二臂杆的轴线高度、与空间机械臂中控组合体的同轴度；

步骤十九：将空间机械臂腕部俯仰关节安装在腕部支架上，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构调整空间机械臂腕部俯仰关节的位姿，保证空间机械臂腕部俯仰关节固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与空间机械臂第二臂杆的同轴度；记录第七组力传感器的受力；

步骤二十：将空间机械臂腕部偏航关节与腕部偏航关节吊挂连接，将组合体质心调整至空间机械臂腕部偏航关节固定轴轴线上，达到空间机械臂腕部偏航关节的动平衡状态；调整双螺纹调整杆，将腕部偏航关节吊挂调整至最短状态；

步骤二十一：将空间机械臂腕部偏航关节与腕部偏航关节吊挂组合体与腕部支架连接，通过调整横向调节块、纵向调节块，使空间机械臂腕部偏航关节固定轴与空间机械臂腕部俯仰关节输出轴同轴；记录第八组力传感器的受力；

步骤二十二：调整双螺纹调整杆，使空间机械臂腕部偏航关节与空间机械臂腕部俯仰关节对接，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构的微调将第七组力传感器和第八组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量空间机械臂腕部俯仰关节固定轴的轴线高度及与第二臂杆的同轴度、空间机械臂腕部偏航关节输出轴轴线高度、固定轴与空间机械臂腕部俯仰关节输出轴的同轴度；

步骤二十三：利用地检设备对空间机械臂腕部俯仰关节进行运动测试，确认许用角度范围内，第七组力传感器和第八组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十二继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十四：将空间机械臂腕部关节延长件及空间机械臂腕部回转关节进行对接、称重，形成第一组合体；将第一组合体与腕部回转关节相似机构吊挂进行装配，形成第二组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部回转关节相似机构配重、腕部回转关节配重将中组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆轴线上，且达到随遇平衡；记录第九组力传感器的受力；

步骤二十五：将空间机械臂腕部末端执行器与腕部末端执行器相似吊挂进行装配，形成第三组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部末端执行器相似机构配重、腕部末端执行器配重将空间机械臂腕部末端执行器质心调整至腕部末端执行器上吊杆轴线上，达到随遇平衡；

步骤二十六：将第二组合体及第三组合体与上横梁进行安装，形成第四组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂、腕部末端执行器相似吊挂在上横梁上的安装位置，将第四组合体的质心调整至U型吊挂轴线上，达到第四组合体绕U型吊挂轴线的随遇平衡；记录第十组力传感器的受力；

步骤二十七：利用地检设备对空间机械臂腕部回转关节进行运动测试，确认许用角度范围内，第九组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十五、步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十八：进行钢丝绳的走线确认；准备配重，按照第十组力传感器去皮前的受力一半作为配重准备的标准值；将步骤二十六形成的第四组合体与腕部支架上的钢丝绳连接，形成完整的腕部组合体，对配重进行适应性调整，使第七组～第十组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量各单机的轴线高度、同轴度；

步骤二十九：利用地检设备对空间机械臂腕部俯仰关节、空间机械臂腕部偏航关节、空间机械臂腕部回转关节进行运动测试，确认许用角度范围内，第七组～第十组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十二～步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤三十：将空间机械臂第二臂杆与空间机械臂中控组合体、空间机械臂腕部俯仰关节进行对接，形成完整臂；监视力传感器状态，将全部力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量机械臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度、全部D-H参数；

步骤三十一：对空间机械臂进行七个关节的单关节运动测试，确认机械臂低应力的装配状态。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1)本发明提出了一种气浮支撑系统，由气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置组成；实现了多自由度机械臂基于气浮平台的三维全物理运动；

2)本发明按照空间机械臂自由度的分布，提供了一种气浮支撑装置，通过运动自由度的划分，将气浮支撑装置划分为四个组份：肩部俯仰运动组份、肩部平动运动组份、肘部平动运动组份、腕部运动组份，通过气浮支撑装置的合理设计，支持空间多自由度机械臂各运动关节的大范围运动，且可实现机械臂的收拢折叠状态；

3)本发明提出了基于多点支撑力反馈的装配方法，通过对活动部件设计力传感器，可以实施监视各活动部件的受力状态，根据对接前后力传感器测量的支持力的变化，判断装配接口之间的相互作用力；

4)本发明通过对装配流程的分解，解耦了各运动关节的相互关联，实现了小祖份的功能及运动分解，以及最后整臂的全部对接，实现了多自由度机械臂运动的独立切分；

5)本发明提供了一种空间多自由度机械臂低应力装配方法，在单独运动部件装配阶段，以精度控制为主，力控制为辅；在运动部件之间对接组装阶段，首先调整装配精度，满足同轴等偏差后，再进行对接，对接过程以力控制为主，精度控制为辅。

附图说明

图1是本发明气浮支撑装置及空间机械臂的组成示意图；

图2是肩部俯仰支架的示意图；

图3是肩部俯仰气浮支撑架车机构的示意图；

图4是船板的示意图；

图5是肩部平动支架的示意图；

图6是第一臂杆支架的示意图；

图7是肘部平动支架的示意图；

图8是第二臂杆支架的示意图；

图9是腕部支架的示意图；

图10是腕部偏航关节吊挂的示意图；

图11是腕部回转关节相似机构吊挂的示意图；

图12是腕部末端执行器相似吊挂的示意图；

图13是腕部支架钢丝绳走线的示意图；

图14是气浮支撑装置力传感器分布的示意图；

图15是相似机构原理示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～15所示)：该装配方法基于气浮支撑系统实现，包括气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置；气浮支撑装置包括肩部俯仰支架、肩部平动支架、肘部平动支架、腕部支架以及臂杆支架。

所述装配方法包括：各气浮支撑装置底部设置气足，置于气浮平台上；空间机械臂各活动部件依次安装在各气浮支撑装置上，在各支架中与机械臂产品连接部位串联力传感器，通过力传感器监视连接部分受力状态；在相邻产品轴线偏差及同轴度等精度满足要求后进行组装对接，通过配气装置为各支架气足供气，实现各支架在气浮平台上低摩擦运动；根据装配前后受力变化判断相邻产品支架的相互作用力，通过装配调整环节对装配的产品进行位置及姿态的调整，直至相邻产品的受力状态满足误差许可要求。

在本申请实施例所提供的方案中，该装配方法基于气浮支撑系统实现，包括气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置；气浮支撑装置包括肩部俯仰支架1、肩部平动支架2、第一臂杆支架3、肘部平动支架4、第二臂杆支架5、腕部支架6；空间机械臂由肩部末端执行器7、肩部回转关节8、肩部关节延长件9、肩部偏航关节10、肩部俯仰关节11、第一臂杆12、肘部俯仰关节13、中控组合体14、第二臂杆15、腕部俯仰关节16、腕部偏航关节17、腕部关节延长件18、腕部回转关节19、腕部末端执行器20组成。

肩部俯仰支架1由肩部俯仰气浮支撑架车机构21、肩部回转关节位姿调节机构22、四个高度调节机构23、船板24、肩部末端小滚环25、肩部末端大滚环26、末端位姿调节机构27，用于肩部末端及肩部回转关节的低应力装配。

其中，所述低应力装配为通过设计及实施手段达到降低和消除产品之间装配应力的实施效果，可以以组成部件支撑用力传感器在部件装配对接前后的变化情况进行表征，实现在地面装配及测试阶段模拟空间机械臂在轨各组成部件之间失重无相互作用力的状态

肩部俯仰气浮支撑架车机构21包括四个平面气足28、架车29、辊轮30、轴承座31、辊轮座32、轴承33组成；平面气足28通过连接螺杆34连接在架车29的底部，用于为架车29提供气浮力；架车29的两侧各设置有一个支撑架，一个支撑架的顶端固定有轴承33，另一个支撑架的顶端固定有辊轮座32，两个轴承座31设置在辊轮座32上，架车29上的辊环35与两个辊轮30相切；

船板24的位于架车29的上方，船板24的一侧通过俯仰轴36与轴承33转动连接，船板24的另一侧与辊环35固定连接；

肩部回转关节位姿调节机构22和四个高度调节机构23设置在船板24上；

肩部俯仰气浮支撑架车机构21为装配提供基础的操作平台，肩部回转关节位姿调节机构22和四个高度调节机构23。其底面安装有四个平面气足28，在装配之前需要对整个气浮支撑架车机构21进行调平；在每个高度调节机构23中串联一个力传感器，共计四个；在每个末端位姿调节机构27中布置二个力传感器，共计四个。

肩部平动支架2由四个平面气足28、肩部平动支架本体38、固定板39、三个双螺纹调整杆40、调整板41、四个肩部偏航关节姿态微调机构42、肩部偏航关节支撑架43、上吊板44、轴承45、旋转吊板46、四个肩部俯仰关节姿态微调机构47组成；用于实现肩部偏航关节及肩部俯仰关节的低应力装配。

平面气足28通过连接螺杆34连接在肩部平动架车本体38的底部，用于为肩部平动架车本体38提供气浮力；固定板39固定在肩部平动架车本体38上，通过三个双螺纹调整杆40对调整板41进行高度及姿态的粗级调节；四个肩部偏航关节姿态微调机构42安装在调整板41上，每个肩部偏航关节姿态微调机构42中串联一个力传感器，共计四个；肩部偏航关节支撑架43安装在架车本体38上，其上装配上吊板44，旋转吊板46通过轴承45与上吊板连接；

第一臂杆支架3由四个平面气足28、第一臂杆支架本体48、四个螺纹杆49、第一臂杆调整板50、二个支撑块51组成；二个第一臂杆支架3用于实现第一臂杆12的支撑固定；

肘部平动支架4由四个平面气足28、肘部平动支架本体52、四个肘部俯仰关节位姿调整机构53、三个双螺纹调整杆54、螺杆支撑环55、气浮托板56、气浮板57、三个中控组合体位姿调整机构58、第一中控组合体安装支架59、第一中控组合体安装支架60组成；每个肘部俯仰关节位姿调整机构53中串联一个力传感器，共计四个；每个中控组合体位姿调整机构58中串联一个力传感器，共计三个；肘部平动支架4用于实现肘部俯仰关节13和中控组合体14的低应力装配；

第二臂杆支架5由四个平面气足28、第二臂杆支架本体61、四个螺纹杆62、第二臂杆调整板63、四个支撑块64组成；第二臂杆支架5用于实现第二臂杆15的支撑固定；

腕部支架6由8个平面气足28、腕部支架本体65、四个腕部俯仰关节位姿调整机构66、腕部偏航关节吊挂67、立柱支架68、固定立柱69、回转立柱70、滑套71、定滑轮72、钢丝绳73、动滑轮74、U型吊挂75、上横梁76、上横梁配重77、腕部回转关节相似机构吊挂78、腕部末端执行器相似吊挂79组成；每个腕部俯仰关节位姿调整机构66中串联一个力传感器，共计四个；腕部支架用于实现腕部俯仰关节16、腕部偏航关节17、腕部关节延长件18及腕部回转关节19组合体、腕部末端执行器20的低应力装配；

腕部偏航关节吊挂67由横向调节块80、纵向调节块81、拉杆82、回转轴承83、双螺纹调整杆84、螺杆套筒85、偏航关节吊板回转轴86、偏航关节吊板87、腕部偏航关节转接块88、腕部偏航关节调整配重89组成；在拉杆82、回转轴承83之间串联一个力传感器；

腕部回转关节相似机构吊挂78由上吊耳90、双螺纹调整杆91、腕部回转关节上吊杆92、腕部回转关节相似三角板93、上吊杆回转轴94、回转关节拉杆1 95、拉杆1回转轴96、回转关节拉杆2 97、拉杆2回转轴98、腕部回转关节相似机构配重99、回转关节辊环1100、辊环轴承101、轴承内圈102、回转关节辊环2 103、腕部回转关节安装支架104、腕部回转关节配重105组成；在吊耳90、双螺纹调整杆91之间串联有一个力传感器；腕部回转关节相似机构吊挂78与腕部关节延长件18及腕部回转关节19组合体连接，用于实现组合体的静平衡，通过调整腕部回转关节相似机构配重99、腕部回转关节配重105将组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆92轴线上，达到随遇平衡；

腕部末端执行器相似吊挂79由腕部末端执行器上吊杆106、腕部末端执行器相似三角板107、上吊杆回转轴108、腕部末端执行器拉杆1 109、拉杆1回转轴110、腕部末端执行器拉杆2 111、拉杆1回转轴112、腕部末端执行器相似机构配重113、腕部末端执行器辊环1114、辊环轴承101、轴承内圈102、腕部末端执行器辊环2 115、腕部末端执行器安装支架116、腕部末端执行器配重117组成；腕部末端执行器相似机构吊挂79与腕部末端执行器20连接，用于实现腕部末端执行器20的静平衡，通过调整腕部末端执行器相似机构配重113、腕部末端执行器配重117将腕部末端执行器20质心调整至腕部末端执行器上吊杆106轴线上，达到随遇平衡；

上横梁76、腕部回转关节相似机构吊挂78、腕部末端执行器相似吊挂79形成一个大的平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重77位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂78、腕部末端执行器相似吊挂79在上横梁76上的安装位置，将腕部关节延长件18、腕部回转关节19、腕部末端执行器大组合体的质心调整至U型吊挂75轴线上，达到大组合体的随遇平衡。

气浮支撑装置中共计设置30个力传感器，组成力监视系统，用于监测各个活动部件装配前后的受力状态；其中力传感器201～204用于监视肩部末端执行器7的受力(肩部末端小滚环25、肩部末端大滚环26提前称重去皮)；力传感器205～208用于监视肩部回转关节8、肩部关节延长件9组合体的受力(肩部回转关节位姿调节机构22、四个高度调节机构23的重量提前称重去皮)；力传感器209～212用于监视肩部偏航关节10的受力(四个肩部偏航关节姿态微调机构42的重量提前称重去皮)；力传感器213～216用于监视肩部俯仰关节11的受力；力传感器217～220用于监视肘部俯仰关节13的受力(四个肘部俯仰关节位姿调整机构53的重量提前称重去皮)；力传感器221～223用于监视中控组合体14的受力(三个中控组合体位姿调整机构58、第一中控组合体安装支架59、第一中控组合体安装支架60的重量提前称重去皮)；力传感器224～227用于监视腕部俯仰关节16的受力(四个腕部俯仰关节位姿调整机构66的重量提前称重去皮)；力传感器228用于监视腕部偏航关节17的受力(腕部偏航关节吊挂67的重量提前称重去皮)；力传感器229用于监视腕部关节延长件18及腕部回转关节19组合体的受力(腕部回转关节相似机构吊挂78的重量称重去皮)；力传感器230用于监视腕部关节延长件18、腕部回转关节19、腕部末端执行器20组合体的受力(腕部回转关节相似机构吊挂78、腕部末端执行器相似吊挂79的重量称重去皮)。

气浮支撑装置放置在气浮平台上，通过配气装置为每个气浮支撑装置的平面气足28供气，气压0.6MPa，使气浮支撑装置浮起，利用气膜减小移动的摩擦力；通过运动自由度的划分，将气浮支撑装置划分为四个组份：肩部俯仰运动组份、肩部平动运动组份、肘部平动运动组份、腕部运动组份，通过气浮支撑装置的合理设计，支持空间多自由度机械臂各运动关节的大范围运动，且可实现机械臂的收拢折叠状态；

本文所述的基于多点支撑的多自由度机械臂低应力装配方法如下：

步骤一：对肩部俯仰气浮支撑架车机构21进行调平；将船板24安装在肩部俯仰气浮支撑架车机构21上，船板24的一侧通过俯仰轴36与轴承33转动连接，船板24的另一侧与辊环35固定连接；通过调整两个辊轮30的位置，以及辊环35在船板24上的安装位置，保证辊环35的轴线与气浮平台平面的平行度；

步骤二：将肩部回转关节8与肩部关节延长件9组合体安装在肩部回转关节位姿调节机构22上，并与船板24连接，通过四个高度调节机构23调整肩部关节延长件9轴线，保证关节延长件9轴线与辊环35同轴；记录力传感器205～208的受力；

步骤三：将肩部末端执行器7与肩部末端小滚环25、肩部末端大滚环26连接，测调肩部末端小滚环25、肩部末端大滚环26与肩部末端执行器7的同轴度，称重对组合体进行质心计算、调整，保证组合体质心位于肩部末端执行器7轴线上；

步骤四：将肩部末端执行器7安装在末端位姿调节机构27上，测调肩部末端执行器7与肩部回转关节8输出轴的同轴，记录传感器201～204的受力；

步骤五：将肩部末端执行器7与肩部回转关节8在船板24上进行对接；由于对接仍存在调整误差，在两部件对接装配的过程中，仍会有附加应力的产生，通过力传感器201～208的可视化手段，判断需要调整的自由度，将力传感器201～208的受力变化控制在5％以内；直到对接装配结束；重新测量二者之间的同轴度；

步骤六：调整船板24上的配重37，使船板24上的设备及工装组合体质心位于关节延长件9轴线上，达到组合体的随遇平衡；

步骤七：将肩部偏航关节10安装在肩部平动支架2上，通过三个双螺纹调整杆40先将肩部偏航关节10降到最低点，通过四个肩部偏航关节姿态微调机构42调整肩部偏航关节10的位姿，保证肩部偏航关节10输出轴轴线与地面的平行度、固定轴轴线与地面的垂直度；

步骤八：将肩部俯仰关节11与四个肩部俯仰关节姿态微调机构47连接，测调肩部俯仰关节11固定器轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度；记录力传感器213～216的受力；

步骤九：通过三个双螺纹调整杆40将肩部偏航关节10升起，与肩部俯仰关节11对接；通过四个肩部偏航关节姿态微调机构42调整肩部偏航关节10的位姿，将力传感器209～216的受力变化控制在5％以内，并保证肩部偏航关节10与肩部关节延长件9轴线的高度差；重新测量肩部俯仰关节11、肩部偏航关节10的同轴度、轴线与地面的高度；

步骤十：将肩部偏航关节10与肩部关节延长件9对接；通过调整末端位姿调节机构27、肩部回转关节位姿调节机构22、肩部偏航关节姿态微调机构42、肩部俯仰关节姿态微调机构47，将力传感器201～216的受力变化控制在5％以内；重新测量单机之间的同轴度、轴线高度；

步骤十一：通过地检设备依次开展肩部回转关节8动平衡测试、肩部偏航关节10动平衡测试、肩部俯仰关节11动平衡测试；确认力传感器201～216的受力变化控制在5％以内；否则进行迭代测调；

步骤十二：将肩部末端执行器7与装配支架车固定，作为空间机械臂装配的固定端，启动后续装配工作；

步骤十三：第一臂杆12安装在二个第一臂杆支架3上，通过四个螺纹杆49调整第一臂杆12的轴线高度、与肩部俯仰关节11的同轴度；

步骤十四：将肘部俯仰关节13安装在肘部平动支架4上，通过四个肘部俯仰关节位姿调整机构53调整肘部俯仰关节13的位姿，保证肘部俯仰关节13固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与第一臂杆12的同轴度；记录力传感器217～220的受力；通过三个双螺纹调整杆54先将气浮托板56升到最高点；

步骤十五：将中控组合体14、第一中控组合体安装支架59、第一中控组合体安装支架60、三个中控组合体位姿调整机构58、气浮板57进行组装，通过中控组合体位姿调整机构58调整中控组合体14轴线与气浮板57气浮平面的垂直度；记录力传感器221～223的受力；

步骤十六：将上述中控组合体14与安装支架形成的大组合体与气浮托板进行对接，同时通过三个双螺纹调整杆54将大组合体下降，与肘部俯仰关节13对接，将力传感器217～223的受力变化控制在5％以内；精测肘部俯仰关节13、中控组合体14的同轴度及轴线高度；

步骤十七：将第一臂杆12与肩部俯仰关节11、肘部俯仰关节13进行组装对接，形成前半臂；监视力传感器状态，将力传感器201～223的受力变化控制在5％以内；精测前半臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度；

步骤十八：将第二臂杆15安装在第二臂杆支架5上，通过四个螺纹杆62调整第二臂杆15的轴线高度、与中控组合体14的同轴度；

步骤十九：将腕部俯仰关节16安装在腕部支架6上，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构66调整腕部俯仰关节16的位姿，保证腕部俯仰关节16固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与第二臂杆15的同轴度；记录力传感器224～227的受力；

步骤二十：将腕部偏航关节17与腕部偏航关节吊挂67连接，将组合体质心调整至腕部偏航关节17固定轴轴线上，达到腕部偏航关节17的动平衡状态；调整双螺纹调整杆84，将腕部偏航关节吊挂67调整至最短状态；

步骤二十一：将腕部偏航关节17与腕部偏航关节吊挂67组合体与腕部支架6连接，通过调整横向调节块80、纵向调节块81，是腕部偏航关节17固定轴与腕部俯仰关节16输出轴同轴；记录力传感器228的受力；

步骤二十二：调整双螺纹调整杆84，使腕部偏航关节17与腕部俯仰关节16对接，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构66的微调将力传感器224～228的受力变化控制在5％以内；精测腕部俯仰关节16固定轴的轴线高度及与第二臂杆的同轴度、腕部偏航关节17输出轴轴线高度、固定轴与腕部俯仰关节16输出轴的同轴度；

步骤二十三：利用地检设备对腕部俯仰关节16进行运动测试，确认许用角度范围内，力传感器224～228的受力变化控制在5％以内；否则，按照步骤二十二继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十四：将腕部关节延长件18及腕部回转关节19进行对接、称重，形成小组合体；将小组合体与腕部回转关节相似机构吊挂78进行装配，形成中组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部回转关节相似机构配重99、腕部回转关节配重105将中组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆92轴线上，且达到随遇平衡；相似机构原理如图所示，图中A、B两点为产品上安装的回转关节辊环1100、回转关节辊环2 103的吊点，A’、B’为拉杆1回转轴96、拉杆2回转轴98的轴心，只要通过调整腕部回转关节配重105将腕部腕部关节延长件18及腕部回转关节19质心调整到C点(位于腕部回转关节19输出轴轴线及吊杆106轴线交点)，并通过调整腕部回转关节相似机构配重99将腕部回转关节上吊杆92、腕部回转关节相似三角板93、回转关节拉杆1 95、回转关节拉杆2 97组合体质心调整至C’点，即可实现对腕部回转关节中组合体的实时零重力模拟；记录力传感器29的受力；

步骤二十五：原理同步骤二十四，将腕部末端执行器20与腕部末端执行器相似吊挂79进行装配，形成小组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部末端执行器相似机构配重113、腕部末端执行器配重117将腕部末端执行器20质心调整至腕部末端执行器上吊杆106轴线上，达到随遇平衡；

步骤二十六：原理同步骤二十四，将步骤二十四组合体及步骤二十五组合体与上横梁76进行安装，形成大组合体，组成一个大的平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重77位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂78、腕部末端执行器相似吊挂79在上横梁76上的安装位置，将大组合体的质心调整至U型吊挂75轴线上，达到大组合体绕U型吊挂75轴线的随遇平衡；记录力传感器30的受力；

步骤二十七：利用地检设备对腕部回转关节19进行运动测试，确认许用角度范围内，力传感器229的受力变化控制在5％以内；否则，按照步骤二十五、步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十八：按照图进行钢丝绳73的走线确认；提前准备配重118，按照力传感器30去皮前的受力一半作为配重118准备的标准值；将步骤二十六形成的大组合体与腕部支架6上的钢丝绳73连接，形成完整的腕部组合体，对配重118进行适应性调整，使力传感器224～230的受力变化控制在5％以内；精测各单机的轴线高度、同轴度；

步骤二十九：利用地检设备对腕部俯仰关节16、腕部偏航关节17、腕部回转关节19进行运动测试，确认许用角度范围内，力传感器224～230的受力变化控制在5％以内；否则，按照步骤二十二～步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤三十：将第二臂杆15与中控组合体14、腕部俯仰关节16进行对接，形成完整臂；监视力传感器状态，将力传感器201～230的受力变化控制在5％以内；精测机械臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度、全部D-H参数；

步骤三十一：对空间机械臂进行7个关节的单关节运动测试及多关节联动测试，确认机械臂低应力的装配状态。

在一种可能实现的方案中，通过上述气浮支撑系统的组合，可以实现多自由度运动机构的地面低应力装配，以实现在轨重力环境地面模拟的效果。

本申请提供一种多自由度机械臂低应力装配方法，依靠气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置实施完成，当多自由度机械臂安装所属方法进行装配后，可以实现基于气浮平台装配及运动低应力的效果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种用于多自由度机械臂低应力装配的气浮支撑系统，其特征在于，包括气浮支撑装置、力监视系统、气浮平台及配气装置；

所述气浮支撑装置放置在气浮平台上，通过配气装置为每个气浮支撑装置的平面气足供气，使气浮支撑装置浮起；所述气浮支撑装置用于多自由度空间机械臂地面零重力状态模拟，降低或消除产品的装配应力，减小重力对空间机械臂产品功能及性能的影响；

所述力监视系统包括若干设置于气浮支撑装置上的力传感器，用于监测各个活动部件装配前后的受力状态。

2.根据权利要求1所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述气浮支撑装置包括：

肩部俯仰支架(1)，用于肩部末端及肩部回转关节的低应力装配；以及

肩部平动支架(2)，用于肩部偏航关节及肩部俯仰关节的低应力装配；以及

第一臂杆支架(3)，设有两个，用于空间机械臂第一臂杆(12)的支撑固定；以及

肘部平动支架(4)，用于空间机械臂肘部俯仰关节(13)和空间机械臂中控组合体(14)的低应力装配；以及

第二臂杆支架(5)，用于空间机械臂第二臂杆(15)的支撑固定；以及

腕部支架(6)，用于空间机械臂腕部俯仰关节(16)、空间机械臂腕部偏航关节(17)、空间机械臂腕部关节延长件(18)及空间机械臂腕部回转关节(19)组合体、空间机械臂腕部末端执行器(20)的低应力装配。

3.根据权利要求2所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述肩部俯仰支架(1)包括：

肩部俯仰气浮支撑架车机构(21)，为装配提供操作平台，包括四个肩部俯仰支架平面气足、架车(29)、辊轮(30)、轴承座(31)、辊轮座(32)、轴承(33)；肩部俯仰支架平面气足通过连接螺杆(34)连接在架车(29)的底部，用于为架车(29)提供气浮力；架车(29)的两侧各设置有一个支撑架，其中一个支撑架的顶端固定有轴承(33)，另一个支撑架的顶端固定有辊轮座(32)，两个轴承座(31)设置在辊轮座(32)上，架车(29)上的辊环(35)与两个辊轮(30)相切肩部回转关节位姿调节机构(22)和四个高度调节机构(23)设置在船板(24)上；以及

船板(24)，位于架车(29)上方，船板(24)的一侧通过俯仰轴(36)与轴承(33)转动连接，船板(24)的另一侧与辊环(35)固定连接；以及

肩部末端小滚环(25)、肩部末端大滚环(26)，与空间机械臂肩部末端执行器(7)进行连接，且三者之间具有预设范围的同轴度，使空间机械臂肩部末端执行器(7)安装于末端位姿调节机构(27)上后，绕自身回转轴线进行自由转动。

4.根据权利要求3所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述肩部平动支架(2)包括四个肩部平动支架平面气足、肩部平动支架本体(38)、固定板(39)、三个双螺纹调整杆(40)、调整板(41)、四个肩部偏航关节姿态微调机构(42)、肩部偏航关节支撑架(43)、上吊板(44)、轴承(45)、旋转吊板(46)、四个肩部俯仰关节姿态微调机构(47)；

肩部平动支架平面气足通过连接螺杆(34)连接在肩部平动架车本体(38)的底部，用于为肩部平动架车本体(38)提供气浮力；固定板(39)固定在肩部平动架车本体(38)上，通过三个双螺纹调整杆(40)对调整板(41)进行高度及姿态的粗级调节；四个肩部偏航关节姿态微调机构(42)安装在调整板(41)上，每个肩部偏航关节姿态微调机构(42)中串联一个力传感器；肩部偏航关节支撑架(43)安装在架车本体(38)上，其上装配上吊板(44)，旋转吊板(46)通过轴承(45)与上吊板连接。

5.根据权利要求3所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述肘部平动支架(4)包括四个肘部平动支架平面气足、肘部平动支架本体(52)、四个肘部俯仰关节位姿调整机构(53)、三个双螺纹调整杆(54)、螺杆支撑环(55)、气浮托板(56)、气浮板(57)、三个中控组合体位姿调整机构(58)、第一中控组合体安装支架(59)、第二中控组合体安装支架(60)；

肘部平动支架平面气足通过连接螺杆(34)连接在肘部平动支架本体(52)的底部，用于为肘部平动支架本体(52)提供气浮力；

每个肘部俯仰关节位姿调整机构(53)中串联一个力传感器，共计四个；

气浮托板(56)通过三个双螺纹调整杆(54)和螺杆支撑环(55)安装在肘部平动支架本体(52)上，作为气浮板(57)的浮动底座；第一中控组合体安装支架(59)、第二中控组合体安装支架(60)与空间机械臂中控组合体(14)安装后通过每个中控组合体位姿调整机构(58)固定于气浮板(57)上，每个中控组合体位姿调整机构(58)中串联一个力传感器，共计三个；在气浮板(57)与气浮托板(56)之间通气形成气膜，使气浮板(57)浮起，从而抵消重力并减小运动摩擦力；

肘部平动支架(4)用于空间机械臂肘部俯仰关节(13)和空间机械臂中控组合体(14)的低应力装配。

6.根据权利要求4所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述腕部支架(6)包括八个腕部支架平面气足、腕部支架本体(65)、四个腕部俯仰关节位姿调整机构(66)、腕部偏航关节吊挂(67)、立柱支架(68)、固定立柱(69)、回转立柱(70)、滑套(71)、定滑轮(72)、钢丝绳(73)、动滑轮(74)、U型吊挂(75)、上横梁(76)、上横梁配重(77)、腕部回转关节相似机构吊挂(78)、腕部末端执行器相似吊挂(79)；

腕部支架本体(65)作为腕部支架(6)的主体部分，供各组成部件进行集成、安装、连接及支撑及刚度保持；

每个腕部俯仰关节位姿调整机构(66)中串联一个力传感器；

腕部偏航关节吊挂(67)包括拉杆(82)、回转轴承(83)；拉杆(82)、回转轴承(83)之间串联有力传感器；

立柱支架(68)安装于腕部支架本体(65)上方；

固定立柱(69)固定在立柱支架(68)上，回转立柱(70)与固定立柱(69)进行配合安装，并可在固定立柱(69)中自由转动；

滑套(71)适应U型吊挂(75)和上横梁(76)装配时的位置偏差，在回转立柱(70)的水平轴上自由滑动；

在立柱支架(68)、固定立柱(69)、回转立柱(70)中均安装有用于钢丝绳走线的滑轮，其中，定滑轮(72)安装在滑套(71)底部，U型吊挂(75)上端与动滑轮(74)连接，下端与上横梁(76)连接；钢丝绳(73)依次绕过定滑轮(72)、动滑轮(74)以及回转立柱(70)、固定立柱(69)、立柱支架(68)中的滑轮，与配重(118)连接，以配重(118)抵消腕部回转组合体的重力；

上横梁配重(77)安装与上横梁(76)上，通过配重(77)的质量与位置调整，辅助腕部回转组合体实现随遇平衡；

腕部回转关节相似机构吊挂(78)与空间机械臂腕部关节延长件(18)及空间机械臂腕部回转关节(19)组合体连接，用于实现组合体的静平衡，通过调整腕部回转关节相似机构配重(99)、腕部回转关节配重(105)将组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆(92)轴线上，达到随遇平衡；

腕部末端执行器相似吊挂(79)与空间机械臂腕部末端执行器(20)连接，用于实现空间机械臂腕部末端执行器(20)的静平衡，通过调整腕部末端执行器相似机构配重(113)、腕部末端执行器配重(117)将空间机械臂腕部末端执行器(20)质心调整至腕部末端执行器上吊杆(106)轴线上，达到随遇平衡；

上横梁(76)、腕部回转关节相似机构吊挂(78)、腕部末端执行器相似吊挂(79)形成一个大的平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重(77)位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂(78)、腕部末端执行器相似吊挂(79)在上横梁(76)上的安装位置，将空间机械臂腕部关节延长件(18)、空间机械臂腕部回转关节(19)、腕部末端执行器大组合体的质心调整至U型吊挂(75)轴线上，达到大组合体的随遇平衡。

7.根据权利要求1所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述力监视系统包括至少三十个力传感器；其中

第一组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部末端执行器(7)的受力；

第二组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部回转关节(8)、肩部关节延长件(9)组合体的受力；

第三组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部偏航关节(10)的受力；

第四组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肩部俯仰关节(11)的受力；

第五组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂肘部俯仰关节(13)的受力；

第六组力传感器包括至少三个力传感器，用于监视空间机械臂中控组合体(14)的受力；

第七组力传感器包括至少四个力传感器，用于监视空间机械臂腕部俯仰关节(16)的受力；

第八组力传感器用于监视空间机械臂腕部偏航关节(17)的受力；

第九组力传感器，用于监视空间机械臂腕部关节延长件(18)及空间机械臂腕部回转关节(19)组合体的受力；

第十组力传感器用于监视空间机械臂腕部关节延长件(18)、空间机械臂腕部回转关节(19)、空间机械臂腕部末端执行器(20)组合体的受力。

8.根据权利要求1所述的气浮支撑系统，其特征在于，将多自由度空间机械臂按照构型及布局状态，进行运动自由度的划分，将气浮支撑装置划分为四个组份：肩部俯仰运动组份、肩部平动运动组份、肘部平动运动组份、腕部运动组份，并根据需要选择肩部、肘部、腕部进行分组份固定，实现空间多自由度机械臂各运动关节的运动。

9.根据权利要求1所述的气浮支撑系统，其特征在于，所述气浮支撑装置用于装配阶段各单机之间的低应力装配，同时考虑机械臂的运动测试需求，实现机械臂的装配构型、试验构型以及收拢折叠构型的形态转换，以及在三维运动过程中各运动关节的低应力状态。

10.基于多点支撑力反馈的多自由度机械臂低应力装配方法，其特征在于，包括：

步骤一：对肩部俯仰气浮支撑架车机构(21)进行调平；将船板(24)安装在肩部俯仰气浮支撑架车机构(21)上，船板(24)的一侧通过俯仰轴(36)与轴承(33)转动连接，船板(24)的另一侧与辊环(35)固定连接；通过调整两个辊轮(30)的位置，以及辊环(35)在船板(24)上的安装位置，保证辊环(35)的轴线与气浮平台平面的平行度；

步骤二：将空间机械臂肩部回转关节(8)与空间机械臂肩部关节延长件(9)组合体安装在肩部回转关节位姿调节机构(22)上，并与船板(24)连接，通过四个高度调节机构(23)调整空间机械臂肩部关节延长件(9)轴线，保证空间机械臂关节延长件(9)轴线与辊环(35)同轴；记录第二组力传感器的受力；

步骤三：将空间机械臂肩部末端执行器(7)与肩部末端小滚环(25)、肩部末端大滚环(26)连接，测调肩部末端小滚环(25)、肩部末端大滚环(26)与空间机械臂肩部末端执行器(7)的同轴度，称重对组合体进行质心计算、调整，保证组合体质心位于空间机械臂肩部末端执行器(7)轴线上；

步骤四：将空间机械臂肩部末端执行器(7)安装在末端位姿调节机构(27)上，测调空间机械臂肩部末端执行器(7)与空间机械臂肩部回转关节(8)输出轴的同轴，记录第一组力传感器的受力；

步骤五：将空间机械臂肩部末端执行器(7)与空间机械臂肩部回转关节(8)在船板(24)上进行对接；

步骤六：调整船板(24)上的配重(37)，使船板(24)上的设备及工装组合体质心位于空间机械臂关节延长件(9)轴线上，达到组合体的随遇平衡；

步骤七：将空间机械臂肩部偏航关节(10)安装在肩部平动支架(2)上，通过三个双螺纹调整杆(40)先将空间机械臂肩部偏航关节(10)降到最低点，通过四个肩部偏航关节姿态微调机构(42)调整空间机械臂肩部偏航关节(10)的位姿，保证空间机械臂肩部偏航关节(10)输出轴轴线与地面的平行度、固定轴轴线与地面的垂直度；

步骤八：将空间机械臂肩部俯仰关节(11)与四个肩部俯仰关节姿态微调机构(47)连接，测调空间机械臂肩部俯仰关节(11)固定器轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度；记录第四组力传感器的受力；

步骤九：通过三个双螺纹调整杆(40)将空间机械臂肩部偏航关节(10)升起，与空间机械臂肩部俯仰关节(11)对接；通过四个肩部偏航关节姿态微调机构(42)调整空间机械臂肩部偏航关节(10)的位姿，将第三组力传感器和第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内，并保证空间机械臂肩部偏航关节(10)与空间机械臂肩部关节延长件(9)轴线的高度差；重新测量空间机械臂肩部俯仰关节(11)、空间机械臂肩部偏航关节(10)的同轴度、轴线与地面的高度；

步骤十：将空间机械臂肩部偏航关节(10)与空间机械臂肩部关节延长件(9)对接；通过调整末端位姿调节机构(27)、肩部回转关节位姿调节机构(22)、肩部偏航关节姿态微调机构(42)、肩部俯仰关节姿态微调机构(47)，将第一组～第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；重新测量单机之间的同轴度、轴线高度；

步骤十一：通过地检设备依次开展空间机械臂肩部回转关节(8)动平衡测试、空间机械臂肩部偏航关节(10)动平衡测试、空间机械臂肩部俯仰关节(11)动平衡测试；确认第一组～第四组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则进行迭代测调；

步骤十二：将空间机械臂肩部末端执行器(7)与装配支架车固定，作为空间机械臂装配的固定端，启动后续装配工作；

步骤十三：空间机械臂第一臂杆(12)安装在二个第一臂杆支架(3)上，通过四个螺纹杆(49)调整空间机械臂第一臂杆(12)的轴线高度、与空间机械臂肩部俯仰关节(11)的同轴度；

步骤十四：将空间机械臂肘部俯仰关节(13)安装在肘部平动支架(4)上，通过四个肘部俯仰关节位姿调整机构(53)调整空间机械臂肘部俯仰关节(13)的位姿，保证空间机械臂肘部俯仰关节(13)固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与空间机械臂第一臂杆(12)的同轴度；记录第五组力传感器的受力；通过三个双螺纹调整杆(54)先将气浮托板(56)升到最高点；

步骤十五：将空间机械臂中控组合体(14)、第一中控组合体安装支架(59)、第二中控组合体安装支架(60)、三个中控组合体位姿调整机构(58)、气浮板(57)进行组装，通过中控组合体位姿调整机构(58)调整空间机械臂中控组合体(14)轴线与气浮板(57)气浮平面的垂直度；记录第六组力传感器的受力；

步骤十六：将空间机械臂中控组合体(14)与安装支架形成的大组合体与气浮托板进行对接，同时通过三个双螺纹调整杆(54)将大组合体下降，与空间机械臂肘部俯仰关节(13)对接，将第五组力传感器和第六组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量空间机械臂肘部俯仰关节(13)、空间机械臂中控组合体(14)的同轴度及轴线高度；

步骤十七：将空间机械臂第一臂杆(12)与空间机械臂肩部俯仰关节(11)、空间机械臂肘部俯仰关节(13)进行组装对接，形成前半臂；将第一组～第六组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量前半臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度；

步骤十八：将空间机械臂第二臂杆(15)安装在第二臂杆支架(5)上，通过四个螺纹杆(62)调整空间机械臂第二臂杆(15)的轴线高度、与空间机械臂中控组合体(14)的同轴度；

步骤十九：将空间机械臂腕部俯仰关节(16)安装在腕部支架(6)上，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构(66)调整空间机械臂腕部俯仰关节(16)的位姿，保证空间机械臂腕部俯仰关节(16)固定轴轴线与地面的平行度、输出轴轴线与地面的垂直度、与空间机械臂第二臂杆(15)的同轴度；记录第七组力传感器的受力；

步骤二十：将空间机械臂腕部偏航关节(17)与腕部偏航关节吊挂(67)连接，将组合体质心调整至空间机械臂腕部偏航关节(17)固定轴轴线上，达到空间机械臂腕部偏航关节(17)的动平衡状态；调整双螺纹调整杆(84)，将腕部偏航关节吊挂(67)调整至最短状态；

步骤二十一：将空间机械臂腕部偏航关节(17)与腕部偏航关节吊挂(67)组合体与腕部支架(6)连接，通过调整横向调节块(80)、纵向调节块(81)，使空间机械臂腕部偏航关节(17)固定轴与空间机械臂腕部俯仰关节(16)输出轴同轴；记录第八组力传感器的受力；

步骤二十二：调整双螺纹调整杆(84)，使空间机械臂腕部偏航关节(17)与空间机械臂腕部俯仰关节(16)对接，通过四个腕部俯仰关节位姿调整机构(66)的微调将第七组力传感器和第八组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量空间机械臂腕部俯仰关节(16)固定轴的轴线高度及与第二臂杆的同轴度、空间机械臂腕部偏航关节(17)输出轴轴线高度、固定轴与空间机械臂腕部俯仰关节(16)输出轴的同轴度；

步骤二十三：利用地检设备对空间机械臂腕部俯仰关节(16)进行运动测试，确认许用角度范围内，第七组力传感器和第八组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十二继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十四：将空间机械臂腕部关节延长件(18)及空间机械臂腕部回转关节(19)进行对接、称重，形成第一组合体；将第一组合体与腕部回转关节相似机构吊挂(78)进行装配，形成第二组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部回转关节相似机构配重(99)、腕部回转关节配重(105)将中组合体质心调整至腕部回转关节上吊杆(92)轴线上，且达到随遇平衡；记录第九组力传感器的受力；

步骤二十五：将空间机械臂腕部末端执行器(20)与腕部末端执行器相似吊挂(79)进行装配，形成第三组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整腕部末端执行器相似机构配重(113)、腕部末端执行器配重(117)将空间机械臂腕部末端执行器(20)质心调整至腕部末端执行器上吊杆(106)轴线上，达到随遇平衡；

步骤二十六：将第二组合体及第三组合体与上横梁(76)进行安装，形成第四组合体，组成平行四边形相似机构，通过调整上横梁配重(77)位置，以及腕部回转关节相似机构吊挂(78)、腕部末端执行器相似吊挂(79)在上横梁(76)上的安装位置，将第四组合体的质心调整至U型吊挂(75)轴线上，达到第四组合体绕U型吊挂(75)轴线的随遇平衡；记录第十组力传感器的受力；

步骤二十七：利用地检设备对空间机械臂腕部回转关节(19)进行运动测试，确认许用角度范围内，第九组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十五、步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤二十八：进行钢丝绳(73)的走线确认；准备配重(118)，按照第十组力传感器去皮前的受力一半作为配重(118)准备的标准值；将步骤二十六形成的第四组合体与腕部支架(6)上的钢丝绳(73)连接，形成完整的腕部组合体，对配重(118)进行适应性调整，使第七组～第十组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量各单机的轴线高度、同轴度；

步骤二十九：利用地检设备对空间机械臂腕部俯仰关节(16)、空间机械臂腕部偏航关节(17)、空间机械臂腕部回转关节(19)进行运动测试，确认许用角度范围内，第七组～第十组力传感器的受力变化控制在预设范围以内；否则，按照步骤二十二～步骤二十六继续进行调整，直至满足要求；

步骤三十：将空间机械臂第二臂杆(15)与空间机械臂中控组合体(14)、空间机械臂腕部俯仰关节(16)进行对接，形成完整臂；监视力传感器状态，将全部力传感器的受力变化控制在预设范围以内；测量机械臂的轴线尺寸及单机之间的同轴度、全部D-H参数；

步骤三十一：对空间机械臂进行七个关节的单关节运动测试，确认机械臂低应力的装配状态。

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