[發明專利]一種五自由度氣浮式運動模擬器

在審

• 申請號: 201510634277.4
• 申請日: 2015-09-29
• 公開（公告）號: CN105185188A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 許劍;李科;張中哲;鄧松波;楊濤
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及一種基于氣浮原理的模擬衛星等航天器空間活動的五自由度運動模擬器，屬于空間飛行器半實物仿真領域。

背景技術

空間攔截用五自由度氣浮模擬器是躲避機動半實物仿真系統的核心組成部分，其核心功能是根據躲避機動總控系統控制命令，實現EKV對躲避級氣浮模擬器(進攻方)的跟蹤運動。

近年來，在引進國外先進氣浮仿真試驗系統的基礎上，國內一些重點院校及研究機構對氣浮仿真試驗系統的一些性能和用途進行過研究，但主要應用于空間交會對接等相對速度較低的領域，并未在氣浮平臺上開展高速目標對抗試驗。

另外，目前的五自由度氣浮式運動模擬器的平動平臺(TP平臺)采用固定立柱實現，高度不可調節，增加了其與其他模擬器對接的難度；姿態平臺的姿態控制通過噴嘴實現，精度不高，響應速度慢，不適用于高速運動場合；定位采用負載的視覺系統，精度不高且結構復雜。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種五自由度氣浮式運動模擬器，實現在地面環境下對衛星等航天器軌道及姿態空間運動的有效模擬。

本發明的技術解決方案是：一種五自由度氣浮式運動模擬器，包括平動平臺和姿態平臺；

所述平動平臺包括球面氣浮軸承、防側翻機械限位裝置、升降柱、第一氣壓管路、第一控制器、三個平面氣浮軸承、平動平臺安裝面板以及平動平臺鋰電池；所述平動平臺安裝面板為圓形；三個平面氣浮軸承均布在平動平臺安裝面板下表面，用于支撐平動平臺；升降柱、第一氣壓管路和第一控制器均安裝在平動平臺安裝面板上表面，且升降柱位于平動平臺安裝面板的中心位置；所述升降柱為可伸縮升降柱；防側翻機械限位裝置安裝在升降柱上，用于限制姿態平臺的傾斜角度；球面氣浮軸承安裝在升降柱的頂端；

所述第一氣壓管路在第一控制器的控制下為球面氣浮軸承和三個平面氣浮軸承供氣；所述第一控制器接收地面控制系統的啟動指令和高度調節指令，根據地面控制系統的啟動指令控制第一氣壓管路的接通和關斷，根據高度調節指令控制升降柱的升降；第一控制器還用于采集第一氣壓管路的壓力并輸出給地面控制系統；

平動平臺鋰電池安裝在平動平臺安裝面板上表面，用于為平動平臺供電；

所述姿態平臺包括姿態平臺安裝面板、2N個氣瓶、第二氣壓管路、iGPS、四組冷氣噴嘴、慣性導航系統、第二控制器、三個飛輪、質心調節系統以及姿態平臺鋰電池；N為不為0的自然數；

所述姿態平臺安裝面板為圓形，中心位置開有用于連接球面氣浮軸承的孔；2N個氣瓶對稱布置在姿態平臺安裝面板上，且氣瓶嘴均朝向姿態平臺安裝面板的圓心；四組冷氣噴嘴均勻布置在姿態平臺安裝面板上，每組冷氣噴嘴包括四個冷氣噴嘴，分別沿本體坐標系的X軸、Y軸、Z軸正向、Z軸負向安裝；三個飛輪沿本體坐標系的X、Y、Z軸安裝在姿態平臺安裝面板上；

第二氣壓管路、iGPS、慣性導航系統、第二控制器以及質心調節系統均安裝在姿態平臺安裝面板上，所述第二氣壓管路在第二控制器的控制下為四組冷氣噴嘴供氣；iGPS用于精確測量五自由度氣浮式運動模擬器空間坐標位置并輸出給第二控制器；慣性導航系統用于實時采集姿態平臺的角速度和轉矩并反饋給第二控制器；質心調節系統用于調節姿態平臺的質心與球面氣浮軸承的球心重合；

第二控制器接收地面控制系統的位置移動指令，根據該指令和iGPS實時輸出的模擬器空間位置坐標，控制第二氣壓管路的接通和關斷，實現五自由度氣浮式運動模擬器沿平動平臺X、Y軸方向移動；第二控制器接收地面控制系統的姿態旋轉指令，根據該指令以及慣性導航系統反饋的姿態平臺角速度和轉矩，控制第二氣壓管路的接通和關斷以及飛輪的角速度和轉矩，實現五自由度氣浮式運動模擬器姿態平臺沿本體坐標系X、Y、Z軸旋轉；第二控制器還用于將姿態平臺的角速度和轉矩以及第二氣壓管路的壓力輸出給地面控制系統；

姿態平臺鋰電池安裝在姿態平臺安裝面板上表面，用于為姿態平臺供電；

平動平臺的X、Y、Z軸是指以平動平臺的中心為原點，Z軸垂直于平動平臺安裝面板向上，X軸、Y軸正交且滿足右手定則；

所述本體坐標系是指以姿態平臺的旋轉中心為原點，Z軸垂直于姿態平臺安裝面板向上，X軸、Y軸正交且滿足右手定則。

所述姿態平臺安裝面板包括上面板和下面板，下面板中心位置開有用于連接球面氣浮軸承的孔，2N個氣瓶均勻布置在上面板和下面板之間，第二氣壓管路、iGPS、四組冷氣噴嘴、慣性導航系統、第二控制器、三個飛輪、質心調節系統以及鋰電池安裝在上面板或下面板上。