一种用于空间机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统

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1、V01．31．No．1航天器环境工程第31卷第l期52SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2014年2月h仕p：／^^n^nⅣbisee．ac．cnE-mail：htqhjgc@126．comTel：(010)68116407，68116408，68116544一种用于空间机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统高峰，易旺民，郭涛，杜瑞兆，孟凡伟(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：空间机械臂工作在空间微重力环境中，广泛用于太空中的舱段对接、在轨维修等操作，因此需要在地面模拟微重力环境以满足空间

2、机械臂研制试验要求。文章基于国内外模拟微重力环境领域技术现状，依据型号研制试验要求，提出了一种用于大型空间机械臂性能和可靠性验证的微重力环境模拟悬吊配重试验系统，并给出了悬挂机构子系统、二维随动子系统、恒拉力子系统、位姿测定子系统的设计思路和具体方案。关键词：微重力模拟；空间机械臂；悬挂机构；二维随动；方案设计中图分类号：TP241．3文献标志码：A文章编号：1673—1379(2014)01—0052-05DOI：10．396蛳．issn．1673-1379．2014．0l，010Amicro—graVi够suspension

3、testfacmtyforspacemanipulatorsGaoFeng，YiW锄gmin，GuoTao，DuRuizhao，MengFaIlwei(BeijingInstitmeofspacecmftEnViro砌entEnginee咖g，Beijing100094，China)Abstract：Thespacem锄ipulatoriswidelyusedinthecabindocking锄don-orbitsen，icingaIldworksinamicro伊avitycondition，soitisrequiredtos

4、imulatet11emicro一伊avityenVironmentontllegroundindevelopingspacemallipul砷ors．Thep叩errcviewsoverseasaJlddomesticresearchesoftllezero曙testenv的姗ent．Accordingtotlletestrequirements，azero曙simulationsystembasedont11esuspensionsystemisproposed，whichc锄realizethe掣oundtest锄dver

5、i黟mec印abil时锄dthereliabil时ofala唱espacem锄ipulator．Itssuspensionmech髓ismsubSystem，thetwo-dimensional仃achngsubsystem，meconstallttensionsubsystem，锄dt11eposition&a砸tudemeas耐ngsubsystcmarediscussedindetail．Keywords：zero苫凼1ulali∞；spacemaIl州amor；锄spensionmecllanism；t、】lro捌岫e1

6、1si伽Ialnacking；pre血[1inaDrdesi印0引言空间机械臂在轨所处的是一种微重力环境，与地球表面重力环境差异很大。大型空间机械臂的性能和可靠性地面验证需要在模拟微重力环境下进行，以避免重力弯矩对验证产生不良影响，甚至导致产品损坏。机械臂构型复杂，运动自由度多，要求微重力模拟的地面试验系统具备多点、三维的重力补偿能力。由于机械臂通常用于高精度空间对接、抓取等操作，自身具有较高的运动精度，这就要求地面试验系统具有足够高的运动补偿精度。国内外相关单位在模拟微重力环境下开展了收稿日期：2013．11．01；修回日期：

7、2014．01．16基金项目：国家重大科技专项工程机械臂的试验验证技术研究，取得了一定的成果。本文在对现有研究成果调研的基础上，针对我国某大型空间机械臂的特点以及对地面验证试验的要求，提出了一种用于多自由度机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统。1几种典型的微重力模拟方法目前，微重力模拟方法主要有悬吊试验法、水浮试验法、气浮试验法等。这些方法各有优缺点，试验时需根据产品的具体要求综合选择【l川。1．1悬吊试验法美国卡内基·梅隆大学提出了用悬吊配重来箜!塑壶竖釜：二弛旦于空间机械臂的微重力模拟悬吊配重试验系统53克服机械臂重力的方法【

8、5】'所构建的悬吊配重系统包括一个被动系统和一个可控跟踪机器人运动的水平移动系统。1．2水浮试验法水浮试验法是通过水的浮力来抵消机械臂重力的影响【6]。目前国际上的水浮试验系统主要通过精确调整漂浮器的浮力，使机械臂所受的浮力与重力平衡，处于漂浮状态。1．3气浮试