基于吊丝悬架的地面微重力补偿实验系统研究

摘要

近年来，地面微重力补偿实验系统不单单用于空间机器人的地面模拟试验，在智能助力设备上也受到越来越多的应用。国际热核聚变实验堆计划是一个全球范围内的科研合作项目，其规模巨大、影响深远，ITER装置是一个巨大的托克马克，它能够产生大规模的、可以控制的核聚变反应，该装置内受损零件的更换由操作员通过遥操作机器人主机械手操控从机械手完成，为了使操作员操控主机械手省力，需要一套切实可行的微重力补偿实验系统帮助主机械手实现重力补偿。
　　本文基于吊丝悬架的微重力补偿方案，根据机械臂的工作要求拟定了系统参数指标，并据此设计了竖直重力补偿机构和二维水平随动机构，确定了机构的动力来源及传动方式。竖直重力补偿机构采用单根吊丝-拉压力传感器对主机械手进行主动重力补偿;二维水平随动机构通过测量吊丝摆角对主机械手进行位移补偿。为了方便有效地测量吊丝摆角，我们设计并研制了一种吊丝摆角测量装置，对该装置进行相关理论计算和ADAMS运动学仿真，得出了该装置对吊丝摆角测量的放大倍数。
　　地面微重力补偿实验系统在硬件上以计算机为控制核心，通过PCI数据采集卡采集传感器数据作为反馈量;在软件上采用LABVIEW编写控制程序。对数字滤波器参数进行整定实验，以确保滤波数据准确，滤波响应时间较短。对系统整体进行竖直重力补偿实验和二维水平位移补偿实验，实验结果表明，系统具有较高的补偿精度，能够实现对主机械手的重力补偿。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 微重力补偿国内外发展现状

1．2．1 释放重力加速度

1．2．2 水体浮力平衡重力

1．2．3 高压气体浮力平衡重力

1．2．4 机电系统吊丝拉力平衡重力

1．3 微重力补偿方法的对比与选择

1．4 论文研究内容和组织架构

第二章 地面微重力补偿系统机械设计

2．1 系统总体设计

2．2 竖直重力补偿系统设计

2．2．1 吊丝设计

2．2．2 卷筒设计

2．2．3 卷筒轴设计

2．2．4 竖直电机及传感器选择

2．3 二维水平随动系统设计

2．3．1 铝型材及直线导轨设计

2．3．2 同步带轮支架机构设计

2．3．3 水平电机及传感器选择

2．4 吊丝摆角测量装置设计与仿真

2．4．1 装置设计及理论计算

2．4．2 装置仿真分析

2．4．3 装置误差分析

第三章 地面微重力补偿系统控制方案设计

3．1 控制系统整体方案

3．1．1 处理器模块选型

3．1．2 数据采集模块选型

3．1．3 伺服驱动与传感器模块选型

3．1．4 电源模块选型

3．2 系统硬件设计

3．2．1 传感器信号采集电路

3．2．2 竖直重力补偿系统硬件框图

3．2．3 二维水平随动系统硬件框图

3．3 系统软件设计

3．3．1 数据采集程序设计

3．3．2 竖直重力补偿系统程序设计

3．3．3 二维水平随动系统程序设计

第四章 地面微重力补偿系统实验研究

4．1 滤波器参数整定实验

4．1．1 拉压力传感器

4．1．2 角度传感器

4．2 竖直重力补偿系统实验

4．3 二维水平随动系统实验

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢