[发明专利]卫星模拟器组合体的机械臂

说明书

本发明公开了一种卫星模拟器组合体的机械臂，所述机械臂包括步进电机、电机驱动控制器、联轴器、滚珠丝杆、滑块、支撑板、第一限位器和第二限位器，其中：步进电机、联轴器和电机驱动控制器固定在第一气浮台的顶部盘面上，滚珠丝杆的一端通过联轴器与步进电机相连，另一端设置有第二限位片；滚珠丝杆上安装有滑块，滑块通过支撑板与第二气浮台的顶部盘面固联；第一限位器安装在第一气浮台的顶部盘面外侧，第二限位器安装在第二气浮台的顶部盘面一侧，且与第二限位片相对设置；第二气浮台的顶部盘面另一侧安装有第一限位片，且与第一限位器相对设置。本发明解决了利用地面环境模拟真实太空环境下服务星捕获目标星后的组合体实现问题。

技术领域

本发明属于航天器设计技术领域，涉及一种卫星模拟器组合体的机械臂。

背景技术

一般而言，服务星在轨捕获目标星的过程可分为四个阶段：获取目标阶段、接近目标阶段、抓捕目标阶段和捕获完成后组合体的协同控制阶段。对于协同控制阶段，存在两个较为突出的问题：1)由于机械臂具有变结构与强耦合的特性，其对应的控制系统为非线性系统，因此存在较大的建模误差与外部扰动等许多不确定因素；2)捕获完成后组合体的质量、体积、速度与转动惯量等力学参数都将发生突变，且目标星可能还会存在干扰力与力矩，这些都有可能导致原有的控制参数不能满足性能要求，甚至直接导致系统脱离稳定状态。因此，对组合航天器的协同控制阶段进行相关研究，以保持组合体系统的稳定至关重要。

一方面，现有的关于组合航天器协同控制的研究，大都是基于特定场景与假设，通过设计不同的控制算法去解决组合体位姿控制中面临的一些具体问题，但从实际应用角度来讲，相关分析只停留在了仿真层面，并没有实验环节的支撑。另一方面，对于组合航天器协同控制的相关模拟实验，由于其实验设备成本高，系统搭建难度大，且所需的微重力环境要求高，一般情况下很难实现。

发明内容

基于上述背景，本发明依托于实验室的气浮台实验系统，提供了一种卫星模拟器组合体的机械臂，其目的是完成组合航天器协同控制模拟实验中的机械臂动作环节，模拟真实卫星抓捕过程中服务星捕获目标星后的机械臂动作，为进行组合体的协同控制实验做好必要的硬件支撑。而其他相关的实验系统组成部分，如：卫星模拟器、星体定位系统、微重力实验平台、上位机及无线通讯模块等，均已配备到位，不在本发明所述之列。本发明解决了利用地面环境模拟真实太空环境下服务星捕获目标星后的组合体实现问题，且可以实现两星体之间的相对距离固定及动态变化等多种功能，为后续的组合体协同控制模拟实验做好了必要的硬件支撑，可用于多种演示实验。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种卫星模拟器组合体的机械臂，包括步进电机、电机驱动控制器、联轴器、滚珠丝杆、滑块、支撑板、限位器，其中：

所述步进电机、联轴器和电机驱动控制器固定在第一气浮台的顶部盘面上，电机驱动控制器与步进电机连接，步进电机轴与联轴器固联；

所述滚珠丝杆的一端通过联轴器与步进电机相连，另一端设置有第二限位片；

所述滚珠丝杆上安装有滑块，滑块通过支撑板与第二气浮台的顶部盘面固联；

所述限位器包括第一限位器和第二限位器；

所述第一限位器安装在第一气浮台的顶部盘面外侧，安装方向与滚珠丝杆方向平行；

所述第二限位器安装在第二气浮台的顶部盘面一侧，安装方向与滚珠丝杆方向平行，且与滚珠丝杆一端的第二限位片相对设置；

所述第二气浮台的顶部盘面另一侧安装有第一限位片，且与第一限位器相对设置。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：