一种卫星地面微重力动态加载模拟机构制造技术

本发明专利技术涉及小卫星安装柔性太阳翼后进行地面整体动态模拟仿真设备，尤其涉及一种卫星地面微重力动态加载模拟机构。包括大理石平台、五自由度气浮平台、三自由度吊车、二维伺服平台、Stewart平台、恒力吊挂机构、太阳翼跟随桁架及加载机械手，三自由度吊车设置于大理石平台上方，三自由度吊车下方设有桁架，桁架下方安装二维伺服平台和Stewart平台，Stewart平台下方安装太阳翼跟随桁架，加载机械手安装在太阳翼跟随桁架上，大理石平台上放置五自由度气浮平台，五自由度气浮平台上安装有太阳翼；恒力吊挂机构安装在二维伺服平台下方、与太阳翼的质心处球铰相连。本发明专利技术具有结构可靠、位姿跟随精确、模拟完整逼真、扰动加载可控、操作安全等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小卫星安装柔性太阳翼后进行地面整体动态模拟仿真设备，尤其是涉及一种卫星地面微重力动态加载模拟机构。
技术介绍
目前，国内外小卫星的地面模拟仿真主要采用了气浮台半物理仿真方法，没有对加装柔性附件的卫星进行整体仿真模拟。这些仿真系统大都采用安装在气浮台上的动量轮或者喷嘴来模拟空间的扰动，没有实现扰动加载装置和气浮平台的分离，引入了加载装置的微振动，这对安装大柔性附件的卫星在扰动情况下的运动状态的研宄和控制算法的验证带来误差。现有的小卫星模拟系统存在的上述问题，使得仿真模拟实验存在着局限性和失真性，因此研发一种气浮平台安装柔性附件后的动态模拟加载系统对研宄小卫星空间任务的控制算法和增强位姿的稳定性具有重要的意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种卫星地面微重力动态加载模拟机构。该机构能够对安装柔性附件后的小卫星气浮仿真平台进行整体地面仿真并实现随动加载。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种卫星地面微重力动态加载模拟机构，包括大理石平台、五自由度气浮平台、三自由度吊车、桁架、二维伺服平台、Stewart平台、恒力吊挂机构、太阳翼跟随桁架及加载机械手，其中大理石平台上放置有五自由度气浮平台，所述五自由度气浮平台上安装有太阳翼，所述三自由度吊车设置于五自由度气浮平台的上方，所述三自由度吊车的下方设有桁架，所述桁架的下方安装有二维伺服平台和Stewart平台，所述Stewart平台的下方安装有太阳翼跟随桁架，所述加载机械手安装在太阳翼跟随桁架上；所述恒力吊挂机构安装在二维伺服平台的下方、并与太阳翼的质心处球铰相连，所述三自由度吊车和Stewart平台的叠加运动使安装在Stewart平台下方的太阳翼跟随桁架对太阳翼的位姿进行跟随，安装在太阳翼跟随桁架上的加载机械手对太阳翼进行扰动加载。所述三自由度吊车包括立柱、横梁、车体、横向运动机构、纵向运动机构及旋转机构，其中横梁的两端通过立柱与基座连接，所述纵向运动机构设置于立柱的顶部、并与横梁连接，所述横梁通过纵向运动机构的驱动纵向往复运动；所述车体可滑动地设置于横梁上、并与安装在横梁上的横向运动机构连接，所述旋转机构设置于车体底部、并与桁架连接。所述旋转机构包括伺服电机、行星齿轮及四点接触轴承，其中四点接触轴承的内圈与车体连接，外圈设有齿圈、并与桁架连接，所述伺服电机安装在车体底部、并输出轴通过行星齿轮与四点接触轴承的外圈连接，所述四点接触轴承的外圈与桁架连接；所述伺服电机通过行星齿轮减速驱动四点接触轴承的外圈转动。所述横向运动机构包括横向伺服电机、吊车导轨、齿轮、齿条及滑块，其中吊车导轨和齿条安装在横梁上，所述滑块安装在车体的底部、并与吊车导轨滑动连接，所述横向伺服电机安装在车体上，所述齿轮设置于横向伺服电机的输出轴上、并与齿条啮合；所述横向伺服电机驱动齿轮旋转，使车体在横梁上左右滑动。所述二维伺服平台包括基板、一级板、二级板、横向丝杆螺母驱动机构及纵向丝杆螺母驱动机构，其中基板与桁架连接，所述一级板设置于基板的下方、并与基板滑动连接，所述二级板设置于一级板的下方、并与一级板滑动连接，所述纵向丝杆螺母驱动机构设置于基板上并与一级板连接，所述横向丝杆螺母驱动机构设置于一级板上、并与二级板连接；通过所述横向丝杆螺母驱动机构和纵向丝杆螺母驱动机构的驱动，实现二级板的二维运动。所述恒力吊挂机构包括基座、卷扬机构、电动推杆、导杆、弹簧座、缓冲弹簧、力传感器、动滑轮、定滑轮、安装座、虎克铰、编码器、柔索及通套，其中基座与二维伺服平台连接，所述卷扬机构、电动推杆和定滑轮安装在基座上，所述电动推杆头部安装弹簧座，所述弹簧座上安装有导杆和缓冲弹簧，所述弹簧座在电动推杆的驱动下可带动导杆一起上下运动，所述缓冲弹簧与力传感器相连，所述动滑轮安装在力传感器的下方；所述编码器通过一个安装座安装在基座上，所述虎克铰通过转动副安装在安装座上、可与安装座产生相对的二维转动，所述通套与虎克铰连接；所述卷扬机构上绕有柔索，所述柔索依次通过动滑轮、定滑轮和通套、并与太阳翼质心处球铰连接；所述卷扬机构可实现柔索的收放。所述加载机械手包括卡座、上臂、中臂、前臂、喷嘴安装板、喷嘴连接头及喷嘴，其中卡座、上臂、中臂、前臂依次通过旋转副连接，所述卡座与太阳翼跟随桁架连接，所述前臂与喷嘴安装板固连，所述喷嘴连接头与喷嘴安装板的螺纹连接，所述喷嘴与喷嘴连接头通过螺纹连接，所述加载机械手可通过转动各转动副改变形状。所述喷嘴为拉瓦尔形式，所述喷嘴通过减压阀与高压气瓶连接。所述太阳翼跟随桁架的骨架形状是包围在安装太阳翼的五自由度气浮平台的外侦牝并骨架在太阳翼上的部分采用矩形方格形式，方格个数与太阳翼片数相同。该卫星地面微重力动态加载模拟机构进一步包括位姿识别机构和控制系统，所述位姿识别机构包括相机、相机安装支架及无线模块，其中相机通过相机安装支架与地面固连、并与无线模块电连接，所述无线模块与控制系统电连接。本专利技术的优点及有益效果是:1.本专利技术具有结构可靠、位姿跟随精确、模拟完整逼真、扰动加载可控、操作安全等优点，可以完成在地面对安装柔性附件的小卫星进行动态加载模拟，解决了小卫星地面模拟系统不能安装柔性附件后进行整体仿真、扰动加载机构与小卫星仿真本体不分离的技术难题。2.本专利技术在进行重力补偿时，采用的位置和姿态跟踪系统均为粗跟随与精跟随，跟随精度高，具体表现为:三自由度吊车对五自由度气浮平台上太阳翼吊点的位置进行粗跟随，二维伺服平台对五自由度气浮平台上太阳翼吊点的位置进行精跟随；SteWart平台对太阳翼的位置和姿态进行精跟随，能最大限度地减少位姿跟随误差。3.本专利技术在进行扰动模拟实验时，实现了非接触加载，即加载装置和五自由度气浮平台不接触，通过喷气的方式对太阳翼进行非接触加载，能逼真地模拟太阳翼在太空中所受的粒子流和太阳风等扰动载荷，相对传统的在气浮平台上安装喷嘴加载而言，本专利技术没有引入加载装置的微振动，加载过程中可实时对太阳翼定点垂直加载，加载的力和力矩可控，实现了扰动载荷的全物理仿真。4.本专利技术第一次提出结合气浮和吊挂的方式对小卫星整体进行重力补偿来实现五自由度气浮平台安装太阳翼后在地面进行整体仿真，对研宄扰动情况下的小卫星的运动状态和验证小卫星在受到扰动情况下的控制算法具有重要意义。【附图说明】图1是本专利技术的总体结构示意图；图2是本专利技术的斜俯视结构示意图；图3是本专利技术的三自由度吊车结构示意图；图4是本专利技术的三自由度吊车俯视图；图5是本专利技术的二维伺服平台的结构示意图；图6是本专利技术恒力吊挂机构的结构示意图；图7是本专利技术Stewart平台的结构示意图；图8是本专利技术加载机械手示意图；其中:1为大理石平台，2为太阳翼跟随桁架，3为二维伺服平台，4为立柱，5为吊车导轨，6为桁架，7为四点接触轴承，8为三自由度吊车，9为控制系统，10为Stewart平台，11为恒力吊挂机构，12为纵向伺服电机，13为相机，14为加载机械手，15为五自由气浮平台，16为高压气瓶，17为齿条，18为横梁，19为桁架连接板，20为车体，21为伺服电机，22为横向伺服电机，23为齿轮，24为滑块，25为四点接触轴承外圈，26为行星齿轮，27为基板，28为平台导轨，29为平台滑块，30为一级板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星地面微重力动态加载模拟机构，其特征在于，包括大理石平台(1)、五自由度气浮平台(15)、三自由度吊车(8)、桁架(6)、二维伺服平台(3)、Stewart平台(10)、恒力吊挂机构(11)、太阳翼跟随桁架(2)及加载机械手(14)，其中大理石平台(1)上放置有五自由度气浮平台(15)，所述五自由度气浮平台(15)上安装有太阳翼，所述三自由度吊车(8)设置于五自由度气浮平台(15)的上方，所述三自由度吊车(8)的下方设有桁架(6)，所述桁架(6)的下方安装有二维伺服平台(3)和Stewart平台(10)，所述Stewart平台(10)的下方安装有太阳翼跟随桁架(2)，所述加载机械手(14)安装在太阳翼跟随桁架(2)上；所述恒力吊挂机构(11)安装在二维伺服平台(3)的下方、并与太阳翼的质心处球铰相连，所述三自由度吊车(8)和Stewart平台(10)的叠加运动使安装在Stewart平台(10)下方的太阳翼跟随桁架(2)对太阳翼的位姿进行跟随，安装在太阳翼跟随桁架(2)上的加载机械手(14)对太阳翼进行扰动加载。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐志刚，王亚军，王军义，刘勇，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21