[发明专利]一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法

权利要求书

1.一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述地面试验系统包括气浮平台（1）、航天器系统模拟器（2）、实验桁架（3）、模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）、卫星模型（6）和装配实验区域（7），所述气浮平台（1）放置在若干个支撑柱（25）上，所述航天器系统模拟器（2）包括中心箱体（8）、机械臂（9）、执行机构（11）和六维力传感器（12），4个多孔气足（10）固定在中心箱体（8）的底部，所述中心箱体（8）的侧面装有4个机械臂（9），每个所述机械臂（9）的末端分别装有执行机构（11）和六维力传感器（12），所述航天器系统模拟器（2）通过4个多孔气足漂浮在气浮平台（1）上，所述气浮平台（1）周围放置有实验桁架（3），所述实验桁架（3）的顶棚（14）中间设置模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）和卫星模型（6），所述实验桁架（3）的侧面设置装配实验区域（7）和静音空压机（20）。

2.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述航天器系统模拟器（2）的中心箱体（8）内装有控制器（15）和电源（16），所述机械臂（9）的末端装有末端相机（17）。

3.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述实验桁架（3）的顶棚（14）均布若干视觉相机阵列（13），所述视觉相机阵列（13）用于运动捕捉。

4.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述气浮平台（1），用于太空微重力环境的模拟，抵消竖直方向的重力；

所述航天器系统模拟器（2），用于模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配以及装配、抓捕动作对基座的影响，验证在轨操控航天器系统的规划或控制算法；

所述实验桁架（3）的顶棚（14），用于安装模拟航天器移动、爬行、安装的蜂窝结构，悬吊辅助对接的空间目标，固定在轨操作的卫星模型目标，以及其四周安装有视觉相机阵列（13），用于运动捕捉，侧面用于固定模拟在轨装配的空间结构；

所述模拟辅助对接装置（4），用于模拟多臂航天器辅助空间目标的对接过程；

所述模拟爬行桁架（5），用于模拟多臂航天器系统在其上的移动、爬行和装配过程；

所述卫星模型（6），用于模拟卫星维修、燃料加注、模块更换、太阳帆板辅助展开的在轨操作过程；

所述装配实验区域（7），用于模拟空间结构的在轨装配过程；

所述中心箱体（8），用于固定多臂航天器系统的多个机械臂以及通过底部的气足支撑；

所述机械臂（9），用于航天器系统在轨操作动作的实现以及规划、控制的算法的验证；

所述多孔气足（10），用于抵消重力；

所述执行机构（11），用于执行具体的操作任务；

所述六维力传感器（12），用于测量机械臂在操作过程中力和力矩的大小；

所述支撑柱（25），用于支撑并调节气浮平台的水平。

5.一种根据权利要求1-4任一所述面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述地面试验系统包括中央控制系统（24）、工控机（23）、在轨操控模拟目标（22）、供气系统（21）、静音空压机（20）、运动捕捉系统（19）、视觉处理系统（18）、末端相机（17）、控制器（15）和电源（16）；所述中央控制系统（24）分别与运动捕捉系统（19）和工控机（23）相连接，所述工控机（23）与航天器系统模拟器（2）中的航天器系统模拟系统相连接，所述航天器系统模拟器（2）中的航天器模拟系统分别与在轨操控模拟目标（22）、供气系统（21）和静音空压机（20）相连接；

所述航天器模拟系统用于控制中心箱体（8）、机械臂（9）、多孔气足（10）、执行机构（11）、六维力传感器（12）、末端相机（17）、控制器（15）和电源（16）；

所述在轨操控模拟目标（22）用于控制气浮平台（1）、实验桁架（3）、模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）、卫星模型（6）和装配实验区域（7）；

所述运动捕捉系统（19）包括视觉处理系统（18）和视觉相机阵列（13），其中视觉处理系统（18）用于对视觉相机阵列收集到的信息进行处理，解算出来航天器系统实时位置信息和运动状态。