[发明专利]一种多维动态微重力环境模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种多维动态微重力环境模拟方法及系统，该系统包含：升降架体、翻转工作台、重力平衡机械臂和辅助支撑部件；其中，升降架体的顶端固定设置重力平衡机械臂；翻转工作台滑动设置在升降架体上，可沿竖直方向滑动，且可相对升降架体翻转，用于为空间运动载荷提供安装固定接口；辅助支撑部件一端转动设置在翻转工作台上，另一端与空间运动载荷固定连接；重力平衡机械臂与空间运动载荷通过吊绳连接，其用于构建微重力环境。本发明的方法及系统实现了对多维动态微重力更加稳定、可靠和安全的模拟。

技术领域

本发明涉及一种微重力环境模拟系统，具体涉及一种多维动态微重力环境模拟方法及系统。

背景技术

地面微重力模拟是随着航天技术的发展而出现的新研究领域，相比于数字仿真和理论评估，通过微重力模拟所得到的试验数据真实性、可靠性更强，具有不可替代的优势。因此，为保证航天器在轨运行的可靠性，微重力地面模拟试验是一项必不可少的工作。

在空间安全领域，随着多功能、多频段、远距离等多功能复用载荷的不断呈现，载荷结构难免会出现大型空间运动载荷。而大型空间运动载荷的大重量、大尺寸、高成本、极小子样也为地面闭环试验带来一系列需要关注的问题。

大型空间运动载荷的大重量、大尺寸的特点使得在地面闭环试验中，载荷机构驱动能力不足以在存在重力情况下驱动载荷运动。同时，为了模拟其大运动范围，与载荷自身测试不同，地面闭环系统试验需要将载荷固定到高空(2m以上)进行试验。另外，空间载荷一般造价高昂，同时投产只有一台，若发生损坏，将直接影响整个工程任务的进度。

目前，在微重力环境的系统构建时多强调系统专有特性—微重力环境的完成，如某重力平衡机械臂，而未站在系统的角度，对系统的通用特性，如可靠性、安全性等进行设计。然而，空间产品的地面试验中尤其注意对产品安全的保护，因此相应的微重力环境模拟系统必须开展针对性的设计。

发明内容

本发明提供一种用于大型空间运动载荷的多维动态微重力环境模拟方法及系统，该系统解决了现有系统未考虑系统的安全性的问题，能够站在微重力环境模拟系统角度，能够实现更加安全可靠的完成多维动态微重力环境模拟的任务。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于大型空间运动载荷的多维动态微重力环境模拟系统，该系统包含：升降架体、翻转工作台、重力平衡机械臂和辅助支撑部件。

其中，所述的升降架体的顶端固定设置重力平衡机械臂；所述翻转工作台滑动设置在所述升降架体上，可沿竖直方向滑动，且可相对升降架体翻转，用于为空间运动载荷提供安装固定接口；所述辅助支撑部件一端转动设置在所述的翻转工作台上，另一端与空间运动载荷固定连接；所述重力平衡机械臂与空间运动载荷通过吊绳连接，其用于构建微重力环境。

在处于闭环试验状态时，所述的辅助支撑部件转动以收起在所述升降架体的一侧。

在处于闭环试验间歇状态时，所述的辅助支撑部件转动至与所述升降架体垂直，以支撑空间运动载荷。

优选地，所述的升降架体为拼接式升降架体。

优选地，所述的重力平衡机械臂为悬挂式重力平衡机械臂。

优选地，所述的重力平衡机械臂还包含：多自由度运动跟随机构、吊绳角度测量仪、吊绳长度调整机构、吊绳张力测量仪和控制机构。

其中，所述多自由度运动跟随机构固定设置在所述升降架体的顶部，该多自由度运动跟随机构的自由度数量及空间尺寸与空间运动载荷的机构一致，且在该多自由度运动跟随机构上设置吊绳吊点，该吊绳吊点用于固定吊绳且使吊绳通过空间运动载荷的质心。

所述吊绳角度测量仪与所述多自由度运动跟随机构通过总线连接，用于测量跟随运动过程中的吊绳倾角，并根据吊绳倾角驱动多自由度运动跟随机构，完成跟随控制，控制策略采用分段步进PI控制策略。