一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统技术方案

本发明专利技术提供了一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，包括：被组装子平台模拟器，母平台模拟器，单机级更换模块，分布式视觉测量装置，大理石平台，双模拟器一体化地面控制台，被组装子平台模拟器用于模拟被组装子平台，母平台模拟器用于模拟母平台，执行组装所述被组装子平台模拟器和更换所述单机级更换模块的任务，单机级更换模块配合所述母平台模拟器验证系统的可接受服务能力。本发明专利技术具有可同时验证微重力模拟环境下大型舱段级组装对象的在轨组装和小型单机级模块的在轨更换技术，可分别验证不同安装位置模块的模块更换操作技术和姿态控制技术等效果。作技术和姿态控制技术等效果。作技术和姿态控制技术等效果。

【技术实现步骤摘要】
一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统


[0001]本专利技术涉及在轨服务及在轨组装地面试验领域，具体地，涉及一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统。

技术介绍

[0002]随着未来大型空间载荷的发展，飞行器规模势必逐渐增大，现有运载难以满足超大型卫星发射需求，因此，基于现有运载能力，有必要采用在轨组装构建大型空间飞行器的解决途径。此外，为了充分发挥大型高价值卫星效益，避免故障后整星报废，需要对其进行可维修性设计以维持其长期在轨运行，其中最为直接的解决办法是对飞行器进行模块化设计，通过在轨模块更换的方式进行维修维护。
[0003]在轨组装和模块更换操作涉及复杂的动力学和运动学行为，关系到飞行器的位置和姿态控制、组装对接机构、可更换模块通用接口等多个
，仅通过仿真建模来验证整个任务存在建模难度大、误差模型考虑不全、建模精度不高等问题，难以真实模拟实际工程应用时面临的情况，有必要开展地面试验验证。
[0004]经过对现有技术的检索，论文文献“多个柔性航天器在轨组装地面实验研究”可验证无碰撞的在轨组装任务，在气浮试验台上验证姿轨控制技术，论文文献“面向在轨服务的自主对接控制方法与试验研究”同样只适用于自主接近与对接试验，专利文献CN105173126A公开了一种有效载荷模块地面更换试验装置，适合于模拟航天器模块化载荷在轨更换的地面功能性验证试验，主要关注模块接口的机械方案设计。专利文献CN106500750A公开了一种三自由度双体卫星隔振地面试验系统，主要验证非接触的隔振控制问题。
专利技术内容
[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，包括：被组装子平台模拟器，母平台模拟器，单机级更换模块，分布式视觉测量装置，大理石平台，双模拟器一体化地面控制台；
[0007]所述被组装子平台模拟器用于模拟被组装子平台，放置在所述大理石平台上；
[0008]所述母平台模拟器用于模拟母平台，执行组装所述被组装子平台模拟器和更换所述单机级更换模块的任务；
[0009]所述单机级更换模块配合所述母平台模拟器验证系统的接受服务能力；
[0010]所述分布式视觉测量装置对所述被组装子平台模拟器进行位置和姿态测量；
[0011]所述大理石平台安装在地面上；
[0012]所述双模拟器一体化地面控制台安装在地面上，负责同时控制所述被组装子平台模拟器和所述母平台模拟器，接收所述被组装子平台模拟器、所述母平台模拟器以及所述
分布式视觉测量装置的数据并进行数据分析、处理和显示。
[0013]优选的，所述被组装子平台模拟器包括：模块与子模拟器接口被动端、机电液一体化组装接口主动端、子平台结构支撑件和一体化控制工控机；
[0014]所述子平台结构支撑件顶部和侧面分别安装至少一套所述模块与子模拟器接口被动端，所述子平台结构支撑件相邻侧面安装所述机电液一体化组装接口主动端；
[0015]所述一体化控制工控机同时控制所述被组装子平台模拟器和所述机电液一体化组装接口主动端的运动。
[0016]优选的，所述被组装子平台模拟器在大理石平台表面做二维平动和一维转动。
[0017]优选的，所述母平台模拟器包括组装机械臂，机械臂安装基座，机电液一体化组装接口被动端，组装接口被动端安装基座和模块与母模拟器接口被动端；
[0018]所述组装机械臂固定安装于所述机械臂安装基座上；
[0019]所述模块与母模拟器接口被动端固定安装于所述机械臂安装基座上；
[0020]所述机电液一体化组装接口被动端安装于所述组装接口被动端安装基座上。
[0021]优选的，所述母平台模拟器固定在地面上，且靠近大理石平台的一侧安装。
[0022]优选的，所述机械臂安装基座能够在高度方向上进行有限行程的调节。
[0023]优选的，所述组装接口被动端安装基座能够在XYZ三个正交方向做有限行程的平移，法线指向能够在有限范围内调节。
[0024]优选的，所述单机级更换模块包括模块本体，模块与组装机械臂接口和模块与模拟器接口主动端；所述模块与组装机械臂接口和模块与模拟器接口主动端分别安装在模块本体的两相对侧面上；
[0025]所述模块与组装机械臂接口既作为所述组装机械臂与所述单机级更换模块的抓捕接口，又作为所述组装机械臂与被组装卫星模拟器的抓捕接口。
[0026]优选的，所述单机级更换模块安装在所述被组装子平台模拟器或所述母平台模拟上，所述模块与模拟器接口主动端与模块与子模拟器接口被动端或模块与母模拟器接口被动端连接。
[0027]优选的，所述分布式视觉测量装置周向分布于所述大理石平台周围，视场完全覆盖所述大理石平台。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0029]1、可同时验证微重力模拟环境下大型舱段级组装对象的在轨组装和小型单机级模块的在轨更换技术；
[0030]2、可分别验证不同安装位置模块的模块更换操作技术和姿态控制技术，包括机械臂沿垂直大理石平台方向和平行于大理石平台方向完成模块全流程更换操作，充分模拟在轨可能存在的各种工况；
[0031]3、既能验证与被操作对象形成组合体状态下模块更换技术，也能验证被操作对象自由漂浮状态下直接进行模块更换的在轨服务技术。
[0032]4、既能验证自主交会逼近对接技术，也能验证基于机械臂操作完成在轨组装的技术。
附图说明
[0033]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0034]图1为本专利技术实施例一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例中被组装子平台模拟器的结构示意图；
[0036]图3为本专利技术实施例中母平台模拟器的结构示意图；
[0037]图4为本专利技术实施例中单机级更换模块的结构示意图。
[0038]附图标记说明：1、被组装子平台模拟器；2、母平台模拟器；3、单机级更换模块；4、分布式视觉测量装置；5、大理石平台；6、双模拟器一体化地面控制台；7、模块与子模拟器接口被动端；8、机电液一体化组装接口主动端；9、子平台结构支撑件；10、一体化控制工控机；11、组装机械臂；12、机械臂安装基座；13、机电液一体化组装接口被动端；14、组装接口被动端安装基座；15、模块与母模拟器接口被动端；16、模块本体；17、模块与组装机械臂接口；18、模块与模拟器接口主动端。
具体实施方式
[0039]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，其特征在于，包括：被组装子平台模拟器(1)，母平台模拟器(2)，单机级更换模块(3)，分布式视觉测量装置(4)，大理石平台(5)，双模拟器一体化地面控制台(6)；所述被组装子平台模拟器(1)用于模拟被组装子平台，放置在所述大理石平台(5)上；所述母平台模拟器(2)用于模拟母平台，执行组装所述被组装子平台模拟器(1)和更换所述单机级更换模块(3)的任务；所述单机级更换模块(3)配合所述母平台模拟器(2)验证系统的接受服务能力；所述分布式视觉测量装置(4)对所述被组装子平台模拟器(1)进行位置和姿态测量；所述大理石平台(5)安装在地面上；所述双模拟器一体化地面控制台(6)安装在地面上，负责同时控制所述被组装子平台模拟器(1)和所述母平台模拟器(2)，接收所述被组装子平台模拟器(1)、所述母平台模拟器(2)以及所述分布式视觉测量装置(4)的数据并进行数据分析、处理和显示。2.根据权利要求1所述的一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，其特征在于：所述被组装子平台模拟器(1)包括：模块与子模拟器接口被动端(7)、机电液一体化组装接口主动端(8)、子平台结构支撑件(9)和一体化控制工控机(10)；所述子平台结构支撑件(9)顶部和侧面分别安装至少一套所述模块与子模拟器接口被动端(7)，所述子平台结构支撑件(9)相邻侧面安装所述机电液一体化组装接口主动端(8)；所述一体化控制工控机(10)同时控制所述被组装子平台模拟器(1)和所述机电液一体化组装接口主动端(8)的运动。3.根据权利要求1所述的一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，其特征在于：所述被组装子平台模拟器(1)在大理石平台(5)表面做二维平动和一维转动。4.根据权利要求1所述的一种在轨组装与模块更换一体化地面试验系统，其特征在于：所述母平台模拟器(2)包括组装机械臂(11)，机械臂安装基座(12)，机电液一体化组装接口被动端(13)，组装接口...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，孔祥龙，杨丽丽，许浩，黄俊杰，孙克新，陈晶，钱勇，陈昌亚，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：