机械工程学报

作者：徐志刚, 位亚强, 卢翰, 贺云, 白鑫林, 赵真, 张啸

单位：1. 中国科学院沈阳自动化研究所 沈阳 110016;2. 中国科学院大学 北京 100049;3. 华中科技大学机械科学与工程学院 武汉 430074;4. 上海宇航系统工程研究所 上海 201109

关键词：微重力实验系统,2自由度旋转机构,悬吊重力平衡系统,气浮重力平衡系统,比例配重方法；

基金：上海市协同创新专项(XTCX-KJ-2024-55)资助项目。

随着航天技术的不断发展，现有航天地面微重力实验系统无法为大质量惯量航天器和大尺寸空间机械臂的组合体提供长时稳定的地面微重力环境。针对组合体中航天器质量惯量大与机械臂三维运动的特点，提出了基于悬吊和气浮组合的航天器-机械臂地面微重力实验系统。悬吊重力平衡系统和气浮重力平衡系统分别用于平衡大尺寸空间机械臂和大质量惯量航天模拟器的重力；在目标航天模拟器上，设计了2自由度旋转机构以实现大质量惯量航天器的地面6自由度运动；同时，采用比例配重方法使目标航天模拟器的动力学特性与真实航天器保持一致。为了提高多空间机械臂重力平衡精度，提出了多悬吊点优化与控制算法，并进行了航天器-机械臂转位实验。结果表明，该系统可为航天器-机械臂的地面实验提供高精度的微重力水平，可进行双臂空间机器人捕获非合作目标和精细维护维修等地面实验，并为航天器地面微重力模拟环境的构建提供了新的思路。

来源：2025年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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