美国斯坦福大学双臂空间机器人地面实验系统

为确保空间机器人在轨任务的成功执行，需要在地面进行充分的实验以验证和评估空间机器人的路径规划、控制算法等关键技术。在地面进行实验验证，难点是需要模拟空间的微重力环境，从原理上讲，微重力环境的产生一般有三种原理：自由落体运动，可形成失重环境，如在微重力塔中释放空间机器人；利用地球引力做匀速圆周运动，如在航天飞机或空间站上开展的微重力实验；利用平衡力抵消重力，如采用吊丝配重、气足支撑或中性液体的浮力抵消重力，亦可形成微重力环境。从实际系统的实现上讲，目前的空间机器人地面实验系统主要有六类：基于自由落体运动的实验系统、基于抛物线飞行的实验系统、气浮式地面实验系统、水浮式地面实验系统、吊丝配重实验系统以及硬件在回路的混合地面实验系统(数学模型与实物相结合的)。

各种实验系统有着不同的实现方式和应用背景，也有着不同的优缺点。基于自由落体运动的实验系统可以进行三维空间的微重力实验，能产生近零重力环境，但是空间机器人的外形尺寸受到限制，单次微重力实验时间短。基于抛物线飞行的实验系统的微重力级别较高，缺点同基于自由落体运动的实验系统类似，并且实验后的数据处理较麻烦。平面气浮式实验系统技术成熟，建造周期短，易于实现及维护，适应性强，对机器人的结构没有太多限制，但是只能实现平面的微重力实验(二维的平动和一维的转动)。水浮式实验系统要求空间机器人原型样机不能直接在水浮系统上进行测试，必须进行专门的设计以避免受到水下环境的影响，另外，水的阻力以及惯量会改变空间机器人的动力学特性。吊丝配重系统的优点是可以进行三维空间的重力补偿，实验时间不受限制，但精度不够高，难以辨识悬吊系统的动摩擦力，由于空间机器人和悬吊系统之间存在耦合振动，还可能使得整个系统不稳定。

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