空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法，属于航天器地面仿真技术领域。使用6维力传感器完成空间操控机械臂动力学特性的测量，可以测量沿空间任意方向的力矩，同时设置有质心调节部件，能够在空间操控机械臂的运动过程中，使由空间操控机械臂和悬浮测量平台所组成的组合体的质心与悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上，去除重力矩的影响，大大提高测量精度。大大提高测量精度。大大提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及航天器地面仿真
，尤其涉及一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]随着我国航天事业的高速发展，越来越多的航天器需要执行更加复杂的空间任务，空间操控机械臂是执行此类空间任务的最佳执行机构，但由于其行为与动作的多样性，空间操控机械臂对航天器本体的动力学影响也呈现出多样性，并且随着空间操控机械臂末端的载荷质量增加，这种影响也会随之增大，且在捕获瞬间，由于被捕获体与航天器本体的相对运动，将会产生较大力矩作用于航天器，影响航天器姿态。因此，空间操控机械臂的动力学输出特性测量，对航天器控制系统设计和提高航天器姿态控制精度和稳定度有积极作用。
[0003]但目前所用的对空间操控机械臂的动力学特性进行测量的测量装置，都只能测得空间操控机械臂在恒定方向的力矩，基于此，亟需一种能够测量空间操控机械臂沿空间任意方向的力矩的测量装置及测量方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
[0005]第一方面，本专利技术用于提供一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置，所述测量装置包括悬浮测量平台、动力学特性测量部件、质心调节部件和控制部件；所述控制部件分别与所述动力学特性测量部件和所述质心调节部件通信连接；
[0006]所述悬浮测量平台处于无摩擦的悬浮状态；空间操控机械臂位于所述悬浮测量平台上；/>[0007]所述动力学特性测量部件包括两个传感器组，每一所述传感器组均包括固定安装于所述悬浮测量平台相对侧壁的两个6维力传感器，所述6维力传感器的另一端均与地面基座固定连接；将同一所述传感器组内的两个所述6维力传感器的连线记为所述传感器组的连接线，两个所述传感器组的连接线相垂直，且所述连接线的交点与所述悬浮测量平台的中心相重合；所述6维力传感器用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，对所述空间操控机械臂产生的力矩进行测量，得到测量数据；所述测量数据包括沿所述6维力传感器三个测量轴线方向的测量力和测量力矩；
[0008]所述质心调节部件安装于所述悬浮测量平台；所述质心调节部件用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；
[0009]所述控制部件用于控制所述空间操控机械臂模拟空间操控动作，并根据4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性。
[0010]第二方面，本专利技术用于提供一种空间操控复杂耦合动力学特性测量方法，所述测量方法包括：
[0011]控制空间操控机械臂在处于无摩擦的悬浮状态的悬浮测量平台上模拟空间操控动作；
[0012]在所述空间操控机械臂的运动过程中，实时控制质心调节部件进行质心调节，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；
[0013]接收4个6维力传感器在所述空间操控机械臂的运动过程中，对所述空间操控机械臂产生的力矩进行测量所得到的测量数据，并基于4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性；所述测量数据包括沿所述6维力传感器三个测量轴线方向的测量力和测量力矩。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0015]本专利技术用于提供一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法，使用6维力传感器完成空间操控机械臂动力学特性的测量，可以测量沿空间任意方向的力矩，同时设置有质心调节部件，能够在空间操控机械臂的运动过程中，使由空间操控机械臂和悬浮测量平台所组成的组合体的质心与悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上，去除重力矩的影响，大大提高测量精度。并且使用悬浮球轴承，在达到大承载能力的同时，又可以最大程度的消除摩擦力矩，减少测量装置对测量结果的影响。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例1所提供的测量装置的整体架构图；
[0018]图2为本专利技术实施例1所提供的测量装置的俯视图；
[0019]图3为本专利技术实施例1所提供的测量装置的主视图；
[0020]图4为本专利技术实施例1所提供的6维力传感器的安装示意图。
[0021]附图标记：
[0022]1‑
悬浮测量平台；2
‑
动力学特性测量部件；3
‑
质心调节部件；4
‑
控制计算机；5
‑
数据采集与数据处理系统；6
‑
空间操控机械臂；7
‑
悬浮球轴承；8
‑
滑槽；9
‑
螺母锁紧装置；10
‑
电池部件；21
‑
第一6维力传感器；22
‑
第二6维力传感器；23
‑
第三6维力传感器；24
‑
第四6维力传感器。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术实施例进行详细描述。
[0024]需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合；并且，基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0025]需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显
而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0026]实施例1：
[0027]目前关于测量空间操控机械臂的动力学特性方面有很多研究，主要分为以下四种：(1)以线驱动柔性机械臂为研究对象，提出一种多柔体动力学建模方法，分析了柔性机械臂捕获装置在无重力环境下抓取目标物体过程中的动力学特性，研究了柔性机械臂捕获装置抓取目标物体过程中的碰撞问题。但该方案是基于拉格朗日方程和有限元方法建立柔性机械臂的多刚体动力学模型和多柔体动力学模型，并进行仿真，而空间操控机械臂的实际动力学特性需要经过特殊设备进行实际测量验证。(2)针对直升机主旋翼轴扭矩进行测量，结合理论分析对现有测量方法得到的旋翼轴扭矩测量结果进行评价，发现测量结果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置，其特征在于，所述测量装置包括悬浮测量平台、动力学特性测量部件、质心调节部件和控制部件；所述控制部件分别与所述动力学特性测量部件和所述质心调节部件通信连接；所述悬浮测量平台处于无摩擦的悬浮状态；空间操控机械臂位于所述悬浮测量平台上；所述动力学特性测量部件包括两个传感器组，每一所述传感器组均包括固定安装于所述悬浮测量平台相对侧壁的两个6维力传感器，所述6维力传感器的另一端均与地面基座固定连接；将同一所述传感器组内的两个所述6维力传感器的连线记为所述传感器组的连接线，两个所述传感器组的连接线相垂直，且所述连接线的交点与所述悬浮测量平台的中心相重合；所述6维力传感器用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，对所述空间操控机械臂产生的力矩进行测量，得到测量数据；所述测量数据包括沿所述6维力传感器三个测量轴线方向的测量力和测量力矩；所述质心调节部件安装于所述悬浮测量平台；所述质心调节部件用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；所述控制部件用于控制所述空间操控机械臂模拟空间操控动作，并根据4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括支撑部件；所述支撑部件包括悬浮球轴承以及固定安装于所述地面基座上的轴承座；所述悬浮球轴承和所述轴承座相适配；所述悬浮球轴承固定安装于所述悬浮测量平台的下表面，且所述悬浮球轴承的中心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；所述轴承座与所述悬浮球轴承之间形成气膜，使所述悬浮测量平台处于无摩擦的悬浮状态。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述支撑部件还包括气源；所述气源固定安装于所述地面基座上，并位于所述轴承座内部；所述轴承座上设置有多个气流通孔；所述气源用于输出压缩气体；所述压缩气体通过所述气流通孔进入所述轴承座和所述悬浮球轴承之间，在所述轴承座和所述悬浮球轴承之间形成气膜。4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述支撑部件还包括支撑柱；所述支撑柱安装于所述地面基座上；在非工作状态下，所述支撑柱从所述地面基座上升起，以支撑所述悬浮测量平台。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，将所述6维力传感器与所述地面基座固定连接的一端记为固定端；所述地面基座上设置有滑槽；所述固定端位于所述滑槽内，并可沿所述滑槽上下移动，且所述固定端与所述滑槽间隙配合；在测量状态下，所述固定端通过螺母锁紧装置与所述滑槽固定连接。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述质心调节部件包括多个调节组件；所述调节组件包括驱动件以及与所述驱动件传动连接的丝杠滑块机构；所述滑块为质量滑块。7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述控制部件包括安装于所述悬浮测量平台上的控制计算机和安装于所述地面基座上的数据采集与数据处理系统；所述控制计
算机和所述数据采集与数据处理系统无线通信连接；所述控制计算机用于控制所述空间操控机械臂模拟空间操控动作，控制所述质心调节部件进行质心调...

【专利技术属性】
技术研发人员：马广程，徐珂雨，夏红伟，王常虹，李莉，温奇咏，李同顺，朱文山，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：