[发明专利]一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统及方法

权利要求书

1.一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述系统包括控制末端、旋转磁场源(3)、翻滚非合作目标(4)和控制系统；旋转磁场源(3)固定在控制末端上，旋转磁场源(3)位于翻滚非合作目标(4)的上方；翻滚非合作目标(4)的表面采用蜂窝铝板外壳(41)；旋转磁场源(3)能在翻滚非合作目标(4)的蜂窝铝板外壳(41)上感生电磁力矩；

控制系统，用于根据η控制末端转速ω_s，实现翻滚非合作目标(4)翻滚运动的起旋模拟，控制时，η与控制末端转速ω_s的值的关系为：

其中，η表示矢量H_t×ω_s×H_t与H_t×n×H_t之间的夹角，H_t表示翻滚非合作目标(4)的自旋轴矢量，n表示翻滚非合作目标(4)的角动量矢量；

所述控制系统，还用于控制旋转磁场源(3)与翻滚非合作目标(4)表面的倾斜角β在范围10-20°内。

2.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述旋转磁场源(3)由8块立方体永磁体组合而成，永磁体排布方向呈轴向Halbach式阵列排布。

3.根据权利要求2所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，单个永磁体边长为40mm。

4.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述翻滚非合作目标(4)包括蜂窝铝板外壳(41)、Z向调平机构(42)、气浮球轴承(43)、X、Y向调平机构(44)、控制电路(47)、陀螺仪(48)、第一支撑架(50)和第二支撑架(49)；

Z向调平机构(42)、气浮球轴承(43)、X、Y向调平机构(44)、控制电路(47)和第一支撑架(50)设置在蜂窝铝板外壳(41)内部，且Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)和控制电路(47)和第一支撑架(50)分布固定在蜂窝铝板外壳(41)上，Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)各配置有配重块，气浮球轴承(43)的浮动端与第一支撑架固定连接，陀螺仪(48)和第二支撑架(49)设置在蜂窝铝板外壳(41)外部，第二支撑架(49)与蜂窝铝板外壳(41)固定连接，陀螺仪(48)设置在第二支撑架(49)上；

所述陀螺仪(48)，与控制电路(47)连接，用于检测翻滚非合作目标(4)的姿态，并发送给控制电路；

控制电路，用于实时获取翻滚非合作目标(4)的姿态与水平状态的偏差，根据该偏差计算Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)上配重块的位移量，并控制Z向调平机构(42)、X、Y向调平机构(44)安装所述位移量移动相应配重块，对翻滚非合作目标(4)的质心进行调整，直至陀螺仪(48)检测的偏差为0。

5.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述系统还包括无线传输模块(46)，控制电路(47)将翻滚非合作目标(4)的姿态通过无线传输模块(46)传输至控制系统。

6.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，蜂窝铝板外壳(41)包括按顺序叠放的上铝板、蜂窝夹芯层和下铝板，上铝板、下铝板的厚度均为0.5mm，蜂窝夹芯层厚度为25mm。

7.根据权利要求4所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，陀螺仪(48)安装位置距离蜂窝铝板外壳(41)底部1m。

8.根据权利要求1所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，所述控制末端采用工业机器人(1)的末端电主轴2实现，工业机器人(1)为库卡六自由度工业机器人。

9.根据权利要求8所述的一种非合作目标翻滚运动起旋模拟系统，其特征在于，末端电主轴2转速为0至500r/min。

10.一种非合作目标翻滚运动起旋的模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、移动工业机器人(1)控制旋转磁场源(3)位于翻滚非合作目标(4)的正上方，倾斜旋转磁场源(3)与翻滚非合作目标(4)表面的倾斜角β，β的范围控制在10-20°内；

S2、在翻滚非合作目标(4)的章动周期内的半个周期开启旋转磁场源(3)，控制旋转磁场源(3)以转速ω_s旋转，ω_s的值根据η进行控制，直至实现翻滚非合作目标(4)翻滚运动的起旋模拟：

其中，η表示矢量H_t×ω_s×H_t与H_t×n×H_t之间的夹角，H_t表示翻滚非合作目标(4)的自旋轴矢量，n表示翻滚非合作目标(4)的角动量矢量；

S3、获取翻滚非合作目标(4)的章动角及三轴角速度信息，获取翻滚非合作目标(4)的起旋转速，当翻滚非合作目标(4)的起旋转速及章动角达到设定值时停止旋转磁场源(3)的旋转。