一种柔性空间盘绕式伸展臂位姿确定装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，该装置包括：伸展臂基座

【技术实现步骤摘要】
一种柔性空间盘绕式伸展臂位姿确定装置和方法


[0001]本专利技术属于空间可展开机构的测量
，涉及到空间柔性盘绕式伸展臂展开后顶部相对于根部的位姿确定装置
。

技术介绍

[0002]空间盘绕式伸展臂是一种比刚度大
、
展开收拢比高的一维空间展开机构，通常由纵杆
、
横架以及对角加劲索组成
。
空间盘绕式伸展臂可分成若干节，每一节包括对应的横架
、
对角加劲索以及纵杆的一部分
。
纵杆和横杆通常采用弹性较高
、
弯曲能力较强的材料，如
S2/
环氧树脂或记忆合金等
。
在航天器发射阶段，纵杆沿横架周向弯曲，使得空间盘绕式伸展臂处于收拢状态，包络极小，航天器入轨后，存储在变形材料中的应变能转化为空间盘绕式伸展臂的展开动能，纵杆伸直，伸展臂展开至预定构型，展开收拢比可达
20:1
以上
。
由于盘绕式伸展臂可以提供远离卫星本体的安装环境，且构型简单
、
展开可靠
、
可重复性强，因而在空间任务中有着广泛地应用
。
盘绕式伸展臂是一种大长细比柔性展开机构，多次重复收拢展开后容易积累残余变形；同时，在轨运行过程中航天器交替进入光照区与地影区，温度环境恶劣，也会引起材料热变形的产生
。
空间盘绕式伸展臂的变形会引起指向偏差，这将对顶端所搭载精密科学载荷的探测工作产生影响，因而需要实时测量伸展臂顶端相对底部基座的位置及姿态，进而对相关数据进行有针对性地补偿或校准
。

技术实现思路

[0003]为了有效测量空间盘绕式伸展臂由于热变形等因素引起的指向偏差问题，本专利技术设计了一种空间盘绕式伸展臂位姿确定装置
。
盘绕式伸展臂展开后，位于伸展臂顶端的位置传感器接收伸展臂底部平台激光器所发射激光，根据激光束在传感器上的位置变化，可以确定盘绕式伸展臂的展开位姿
。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]本专利技术公开了一种空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，包括伸展臂基座
[1]、
被测盘绕式伸展臂
[2]、
设备安装板
[3]、
顶部测量组件
(
位置传感器
)[4]、
顶部测量组件
(
激光发射器
)[5]、
底部测量组件
(
位置传感器
)[6]、
底部测量组件
(
激光发射器
)[7]、
测量基座
[8]：
[0006]所述伸展臂基座
[1]位置固定，是整个装置的测量基准；被测盘绕式伸展臂
[2]底部安装在伸展臂基座
[1]上，顶部则是设备安装板
[3]；设备安装板
[3]可提供定制化接口，用于有效载荷等设备的安装；被测盘绕式伸展臂
[2]具备收拢和展开两种状态，位姿确定过程仅针对其展开状态
。
[0007]所述测量基座
[8]可根据需求沿伸展臂基座
[1]周向调整位置，选定位置后保持固定；底部测量组件
[6
‑
7]包括激光器支架Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ[9
‑
11]、
激光发射器Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ[12
‑
14]、
位置传感器Ⅳ/
Ⅴ
[15
‑
16]。
激光器支架Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ[9
‑
11]固定于测量基座
[8]上，激光发射器Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ[12
‑
14]安装在支架中，可根据指令向正上方发射光斑极小的激光束
。
位置传感器Ⅳ/
Ⅴ
[15
‑
16]固定于测量基座
[8]上，可接收激光束，并输出接收时间以及入射点的二维坐标信
息
。
[0008]顶部测量组件
[4
‑
5]包括位置传感器Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ[17
‑
19]、
激光器支架Ⅳ/
Ⅴ
[20
‑
21]、
激光发射器Ⅳ/
Ⅴ
[22
‑
23]。
根据激光发射与接收的位置
、
时间等信息，即可解算出顶部设备安装板与底部测量基座的相对位姿信息
。
[0009]本专利技术所述的空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，其优点是：以实施简单
、
可靠性好的形式实现了盘绕式伸展臂在空间环境中的相对位姿测量，使用到的零件数量少，原理简单，占用星上计算资源少
。
可用于盘绕式伸展臂
、
航天器大型太阳电池阵
、
空间站柱结构等的高精度测量和控制
。
附图说明
[0010]图1为本专利技术整体构型示意图；
[0011]图2为本专利技术底部测量组件示意图；
[0012]图3为本专利技术顶部设备安装板示意图；
[0013]图4为本专利技术激光器支架示意图
。
[0014]图例说明：
[0015]1.
伸展臂基座
2.
被测盘绕式伸展臂
3.
设备安装板
[0016]4.
顶部测量组件
(
位置传感器
)5.
顶部测量组件
(
激光发射器
)
[0017]6.
底部测量组件
(
位置传感器
)7.
底部测量组件
(
激光发射器
)
[0018]8.
测量基座
9.
激光器支架Ⅰ10.
激光器支架Ⅱ11.
激光器支架Ⅲ[0019]12.
激光发射器Ⅰ13.
激光发射器Ⅱ14.
激光发射器Ⅲ[0020]15.
位置传感器Ⅳ16.
位置传感器
Ⅴ
[0021]17.
位置传感器Ⅰ18.
位置传感器Ⅱ19.
位置传感器Ⅲ[0022]20.
激光器支架Ⅳ21.
激光器支架
Ⅴ
22.
激光发射器Ⅳ23.
激光发射器
Ⅴ
具体实施方式
[0023]下面结合附图，对本专利技术所述空间盘绕式伸展臂位姿确定装置的具体实施方式作进一步的描述，以下描述仅用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围
。
[0024]参阅图1，本专利技术所述的位姿确定装置主要应用于可在空间环境下展开的柔性盘绕式伸展臂，包括伸展臂基座
[1]、
被测盘绕式伸展臂
[2]、
设备安装板
[3]、
顶部测量组件
(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，包括伸展臂基座
、
被测盘绕式伸展臂
、
设备安装板
、
测量基座
、
底部测量组件
、
顶部测量组件
。
由测量组件相关信息，可解算出被测盘绕式伸展臂展开状态下顶部与底部的相对位姿
。2.
如权利要求1所述的空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，其特征在于：所述被测盘绕式伸展臂安装在伸展臂基座上，解锁后可在内贮应变能的作用下自行旋转展开，是一种空间展开机构
。3.
如权利要求1所述的空间盘绕式伸展臂位姿确定装置，其特征在于：所述设备安装板固定于盘绕式伸展臂顶部，在执行空间任务时，搭载其上的有效载荷可随...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亮，黄海，赵旭瑞，段诗阳，刘宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：