用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于空間在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，包括在幾何特征上模擬真實(shí)在軌衛(wèi)星的空間目標(biāo)本體模擬部分及空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分，空間目標(biāo)本體模擬部分，包括有衛(wèi)星本體、太陽帆板、太陽帆板支架、通信天線背板、星箭對(duì)接環(huán)和遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，太陽帆板設(shè)于太陽帆板支架上，太陽帆板支架、星箭對(duì)接環(huán)及遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)于衛(wèi)星本體上；空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分包括空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分及自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分，自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分放置與空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分上，自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分與所述的星箭對(duì)接環(huán)相連。本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)本體幾何特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，為在軌服務(wù)、目標(biāo)測(cè)量及目標(biāo)捕獲的技術(shù)的研究提供操作對(duì)象。
【專利說明】用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天器的在軌服務(wù)、目標(biāo)測(cè)量及目標(biāo)捕獲的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地講，是指用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的在軌服務(wù)，是指在太空中通過人、機(jī)器人(或類機(jī)器人衛(wèi)星)或兩者協(xié)同來完成涉及延長(zhǎng)衛(wèi)星、平臺(tái)、空間站附屬艙和空間運(yùn)載器壽命和能力的空間裝配、維修和服務(wù)任務(wù)。
[0003]以往，在在軌服務(wù)任務(wù)中，對(duì)目標(biāo)自主捕獲技術(shù)的研究多集中于目標(biāo)捕獲策略、目標(biāo)捕獲規(guī)劃與控制、目標(biāo)捕獲建模與控制等。對(duì)待捕獲目標(biāo)本身的特點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)特性關(guān)注較少，在這些研究中，常將目標(biāo)簡(jiǎn)化為三軸穩(wěn)定或繞固定賀旋轉(zhuǎn)的剛體。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和研究日益深入，在軌服務(wù)技術(shù)正逐步邁向工程實(shí)現(xiàn)階段，迫切需要掌握待服務(wù)對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，并進(jìn)行準(zhǔn)確模擬，以為在地面開展充分的試驗(yàn)驗(yàn)證提供與在軌任務(wù)接近的操作對(duì)象，這是開展在軌服務(wù)任務(wù)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證的前提和基礎(chǔ)。
[0004]目前,對(duì)自旋非合作目標(biāo)在軌捕獲技術(shù)的研究已取得一定的成果,包括自旋目標(biāo)的測(cè)量和運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)、捕獲前規(guī)劃、捕獲后復(fù)合體系統(tǒng)穩(wěn)定控制等。同時(shí)，對(duì)自旋目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性分析及地面模擬方法也開展了部分研究，目前主要模擬的方法包括數(shù)字仿真、三軸轉(zhuǎn)臺(tái)和轉(zhuǎn)臺(tái)+氣浮臺(tái)。其中，數(shù)字仿真方法在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)階段十分重要，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、投資少、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，但某些部分難以用精確的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述，比如實(shí)際操作過程中的誤差模型就很難精確的建立；在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)方法中雖介入了物理模型，但由于其幾何構(gòu)型和體積方面的約束，不適合直觀的演示目標(biāo)的自主捕獲任務(wù)，常用于研究目標(biāo)姿態(tài)，模擬自旋軸的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)臺(tái)+氣浮臺(tái)的方式能很好的對(duì)自旋目標(biāo)的位置和姿態(tài)進(jìn)行模擬，在模擬效果上最為真實(shí)，但試驗(yàn)系統(tǒng)的建立和試驗(yàn)任務(wù)的開展非常復(fù)雜，需要投入巨大的成本，不利于前期關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證和典型操作任務(wù)的演示。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，其可克服上述缺陷，建立一種集合在軌航天器典型幾何特征的目標(biāo)模擬系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種用于空間在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，包括在幾何特征上模擬真實(shí)在軌衛(wèi)星的空間目標(biāo)本體模擬部分及空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分，所述的空間目標(biāo)本體模擬部分，包括有衛(wèi)星本體、太陽帆板、太陽帆板支架、通信天線背板、星箭對(duì)接環(huán)和遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的太陽帆板設(shè)于所述的太陽帆板支架上，所述的太陽帆板支架、星箭對(duì)接環(huán)及遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)于所述的衛(wèi)星本體上；所述的空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分包括空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分及自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分，所述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分放置與空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分上，所述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分與所述的星箭對(duì)接環(huán)相連。
[0007]上述的空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分為工業(yè)機(jī)器人。
[0008]上述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分，其包括自旋軸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、力傳感器及固定軸，所述的齒輪機(jī)構(gòu)與所述的驅(qū)動(dòng)裝置相連，所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、力傳動(dòng)器設(shè)于所述的固定軸上，所述的自旋軸與所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。
[0009]上述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝座、主動(dòng)齒輪、中間齒輪及從動(dòng)齒輪，所述的主動(dòng)齒輪、中間齒輪及從動(dòng)齒輪安裝在所述的安裝座上，所述的主動(dòng)齒輪與所述的驅(qū)動(dòng)裝置相連，所述的主動(dòng)齒輪與所述的中間齒輪相嚙合，所述的從動(dòng)齒輪與所述的中間齒輪相嚙合。
[0010]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明，可實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)本體幾何特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，為在軌服務(wù)、目標(biāo)測(cè)量及目標(biāo)捕獲的技術(shù)的研究提供操作對(duì)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)功能的示意圖；
圖2是本發(fā)明的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的空間目標(biāo)本體模擬部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]非合作目標(biāo)測(cè)量和抓捕技術(shù)是在軌服務(wù)任務(wù)過程中的難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，旨在為此關(guān)鍵技術(shù)的地面驗(yàn)證提供操作對(duì)象。參考圖1、2所示，整個(gè)模擬系統(tǒng)包括空間目標(biāo)本體模擬部分I和空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分2這兩部分?？臻g目標(biāo)本體模擬部分I包含了在軌航天器的典型幾何特征，主要包括了太陽帆板11、太陽帆板支架12、通信天線背板13、星箭對(duì)接環(huán)14、遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)15及衛(wèi)星本體16 (就是衛(wèi)星外殼、長(zhǎng)方體)、，這些部件的幾何尺寸為真實(shí)在軌航天器按照一定縮放比而得到?？臻g目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分2可實(shí)現(xiàn)空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬，包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和自旋等，其主要包括空間目標(biāo)質(zhì)心位姿(位置和姿態(tài))的模擬部分22和自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分21兩部分。
[0014]參考圖3所示，空間目標(biāo)本體模擬部分I的太陽帆板支架12為兩個(gè)，分別設(shè)于衛(wèi)星本體16的兩側(cè)，太陽帆板11與太陽帆板支架12相對(duì)應(yīng)，每個(gè)太陽帆板11設(shè)于每個(gè)太陽帆板支架12上。在本模擬實(shí)施中，太陽帆板支架12為三角形，太陽帆板11是一種收集太陽能的裝置，其基本原理是利用硅(Si)等金屬的光電效應(yīng)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后儲(chǔ)存，在本實(shí)施例中，作為目標(biāo)測(cè)量的對(duì)象之一。用于安裝天線的通信天線背板13也設(shè)有兩個(gè)，分別是安裝在衛(wèi)星本體16的另外兩側(cè)，在本實(shí)施例中，其是作為目標(biāo)測(cè)量的對(duì)象之一，即其可以作為位姿測(cè)量的特征。星箭對(duì)接環(huán)14，其是用于與火箭對(duì)接時(shí)的機(jī)構(gòu)，其安裝在衛(wèi)星本體16的上表面，在本實(shí)施例中，作為目標(biāo)測(cè)量的對(duì)象和目標(biāo)捕獲的捕獲點(diǎn)之一。
[0015]遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)15，其用于對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道轉(zhuǎn)移，到達(dá)任務(wù)軌道；在實(shí)施時(shí)，其穿過星箭對(duì)接環(huán)14設(shè)于衛(wèi)星本體16的上表面，在本實(shí)施例中，作為目標(biāo)測(cè)量的對(duì)象和目標(biāo)捕獲的捕獲點(diǎn)之一。
[0016]參考圖4所示，空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分2，其包括有空間目標(biāo)質(zhì)心位姿的模擬部分22及自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分21，其中:
自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分21，其包括自旋軸211、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)212、驅(qū)動(dòng)裝置213、力傳感器214及固定軸215，其中:在本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)裝置213為電機(jī)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)212包括安裝座2121、主動(dòng)齒輪2122、中間齒輪2123及從動(dòng)齒輪2124，從動(dòng)齒輪2124與自旋軸211固設(shè)。主動(dòng)齒輪2122、中間齒輪2123及從動(dòng)齒輪2124安裝在安裝座2121上，安裝座2121固設(shè)在固定軸215上，主動(dòng)齒輪2122與電機(jī)相連，其在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，中間齒輪2123與主動(dòng)齒輪2122相嚙合，因此，主動(dòng)齒輪2122也帶動(dòng)中間齒輪2123轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)齒輪2124與中間齒輪2123相嚙合，因此，從動(dòng)齒輪2124也在中間齒輪2123的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)自旋軸211轉(zhuǎn)動(dòng)，自旋軸211的上端與星箭對(duì)接環(huán)14相連。傳感器214安裝在固定軸215的下端。
[0017]自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分21，安裝有力傳感器214。力傳感器214可測(cè)量三維的力和力矩，用于感知外部對(duì)衛(wèi)星本體16及安裝與其上各部件實(shí)施操作的情況。
[0018]空間目標(biāo)質(zhì)心位姿的模擬部分22，在本實(shí)施例中，其由6自由度工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)?？臻g目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分22，包括目標(biāo)質(zhì)心位置模擬(3自由度)和目標(biāo)質(zhì)心姿態(tài)模擬(3自由度)共6自由度的運(yùn)動(dòng)，其中姿態(tài)模擬部分由自旋軸211表示其姿態(tài)中的坐標(biāo)Z軸方位，其余兩個(gè)方位坐標(biāo)軸X和Y根據(jù)右手定則處于Z軸的法平面。S卩，自旋軸211的姿態(tài)可表示空間目標(biāo)質(zhì)心姿態(tài)，自旋軸211安置與工業(yè)機(jī)器人末端，自旋軸211和工業(yè)機(jī)器人末端的交點(diǎn)即空間目標(biāo)的質(zhì)心的位置。根據(jù)空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得到空間目標(biāo)質(zhì)心所需模擬的位置和姿態(tài)(即工業(yè)機(jī)器人末端的位姿)共6自由度的運(yùn)動(dòng)，由工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，可獲得工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)角期望的角度，通過對(duì)工業(yè)機(jī)器人實(shí)施控制使其處于期望的狀態(tài)(各個(gè)關(guān)節(jié)角等于期望的角度)，即完成了空間目標(biāo)質(zhì)心位姿的模擬。
[0019]在具體實(shí)施時(shí)，6自由度的工業(yè)機(jī)器人，可采用固高科技(深圳)有限公司提供的GRB3016機(jī)器人系統(tǒng)。
[0020]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于空間在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，其特征在于:包括在幾何特征上模擬真實(shí)在軌衛(wèi)星的空間目標(biāo)本體模擬部分及空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分，所述的空間目標(biāo)本體模擬部分，包括有衛(wèi)星本體、太陽帆板、太陽帆板支架、通信天線背板、星箭對(duì)接環(huán)和遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的太陽帆板設(shè)于所述的太陽帆板支架上，所述的太陽帆板支架、星箭對(duì)接環(huán)及遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)于所述的衛(wèi)星本體上；所述的空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模擬部分包括空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分及自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分，所述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分放置與空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分上，所述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分與所述的星箭對(duì)接環(huán)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的空間目標(biāo)質(zhì)心位姿模擬部分基于工業(yè)機(jī)器人來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的自旋運(yùn)動(dòng)模擬部分，其包括自旋軸、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)裝置、力傳感器及固定軸，所述的齒輪機(jī)構(gòu)與所述的驅(qū)動(dòng)裝置相連，所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、力傳動(dòng)器設(shè)于所述的固定軸上，所述的自旋軸與所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于在軌服務(wù)的空間目標(biāo)模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括安裝座、主動(dòng)齒輪、中間齒輪及從動(dòng)齒輪，所述的主動(dòng)齒輪、中間齒輪及從動(dòng)齒輪安裝在所述的安裝座上，所述的主動(dòng)齒輪與所述的驅(qū)動(dòng)裝置相連，所述的主動(dòng)齒輪與所述的中間齒輪相嚙合，所述的從動(dòng)齒輪與所述的中間齒輪相嚙合。
【文檔編號(hào)】B64G7/00GK103569377SQ201210276782
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月6日
【發(fā)明者】王學(xué)謙, 劉厚德, 薛力軍, 杜曉東 申請(qǐng)人:深圳航天東方紅海特衛(wèi)星有限公司