[發(fā)明專利]一種基于旋翼飛行器的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810822686.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108945536B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭榮濠;穆亞楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G7/00
• 分類號(hào): B64G7/00;B64D47/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于旋翼飛行器的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)采用旋翼飛行器配合三自由度的云臺(tái)模擬六自由度的航天器，采用單目視覺(jué)方法作為目標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，來(lái)研究與驗(yàn)證交會(huì)對(duì)接逼近過(guò)程時(shí)的目標(biāo)測(cè)量與導(dǎo)航控制方法。該平臺(tái)具體包括：模擬目標(biāo)航天器的目標(biāo)飛行器、目標(biāo)飛行器的云臺(tái)末端粘貼目標(biāo)標(biāo)簽、模擬追蹤航天器的追蹤飛行器、追蹤飛行器上搭載云臺(tái)相機(jī)和移動(dòng)計(jì)算機(jī)；本發(fā)明采用無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接的模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，相比于目前國(guó)內(nèi)外通用的以工業(yè)六自由度機(jī)器人為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，靈活度高、成本低，適用于普通高校實(shí)驗(yàn)室的研究工作，利于交會(huì)對(duì)接研究工作的進(jìn)一步開(kāi)展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于旋翼飛行器的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

背景技術(shù)

目前，對(duì)外層空間資源的開(kāi)發(fā)和利用是各個(gè)國(guó)家密切關(guān)注的問(wèn)題。建立空間站，對(duì)空間站進(jìn)行定期維護(hù)、定期輸送人員和物資，對(duì)故障航天器或者長(zhǎng)期服役的航天器進(jìn)行捕獲與維修等航天任務(wù)的出現(xiàn)對(duì)航天技術(shù)提出了更高的要求。其中交會(huì)對(duì)接技術(shù)是達(dá)成這些任務(wù)需要解決的核心技術(shù)之一。所謂空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)是指追蹤航天器在空間軌道上主動(dòng)尋找目標(biāo)航天器，并且調(diào)整自身的位置、速度和姿態(tài)，逐漸逼近目標(biāo)航天器，最后兩航天器對(duì)接并在物理上連接成一體的過(guò)程。

研究交會(huì)對(duì)接技術(shù)對(duì)于航天事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義，在實(shí)現(xiàn)空間交會(huì)對(duì)接之前需要進(jìn)行大量的地面試驗(yàn)，因此搭建交會(huì)對(duì)接的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究交會(huì)對(duì)接技術(shù)首要考慮的問(wèn)題。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)王福有的研究中所采用的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以MOTOMAN HP-20型機(jī)器人(一種六自由度工業(yè)機(jī)器人)和固定在三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上的Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)。其中，MOTOMAN HP-20型機(jī)器人固定有標(biāo)志燈作為交會(huì)對(duì)接的目標(biāo)，Stewart平臺(tái)機(jī)構(gòu)搭載有CCD相機(jī)作為交會(huì)對(duì)接的追蹤器。

德國(guó)維爾茨堡大學(xué)L.Regoli等人的研究中所采用的的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)以兩臺(tái)KUKA機(jī)器人(庫(kù)卡機(jī)器人，一種六軸機(jī)器人)為基礎(chǔ)。其中一臺(tái)庫(kù)卡機(jī)器人固定有航天器模型作為交會(huì)對(duì)接的目標(biāo)，另一臺(tái)庫(kù)卡機(jī)器人固定有攝像機(jī)作為交會(huì)對(duì)接的追蹤器。

綜上，在交會(huì)對(duì)接的實(shí)驗(yàn)室研究中，所采用的模擬試驗(yàn)平臺(tái)主要以工業(yè)機(jī)器人為主，而采用無(wú)人機(jī)作為交會(huì)對(duì)接航天器模擬對(duì)象的研究較少。介于無(wú)人機(jī)相比于工業(yè)機(jī)器人具有成本低、靈活度高等優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提出一種以搭載云臺(tái)相機(jī)的旋翼飛行器作為航天器模擬對(duì)象的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述在交會(huì)對(duì)接的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，以無(wú)人機(jī)作為交會(huì)對(duì)接航天器模擬對(duì)象的研究較少，本發(fā)明提供了一種基于旋翼飛行器的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種基于旋翼飛行器的交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括：

目標(biāo)飛行器，采用旋翼飛行器，用其三維空間位置模擬目標(biāo)剛體航天器的三維空間位置；在目標(biāo)飛行器上搭載三軸云臺(tái)，用云臺(tái)的三維姿態(tài)角模擬目標(biāo)剛體航天器的姿態(tài)角；

追蹤飛行器，采用旋翼飛行器，用其三維空間位置模擬追蹤剛體航天器的三維空間位置；在追蹤飛行器上搭載三軸云臺(tái)及相機(jī)，用云臺(tái)的三維姿態(tài)角模擬追蹤剛體航天器的姿態(tài)角；

目標(biāo)標(biāo)簽，粘貼于目標(biāo)飛行器的云臺(tái)末端，用于輔助實(shí)現(xiàn)單目視覺(jué)的目標(biāo)識(shí)別與位姿解算。

上述技術(shù)方案中，所述的追蹤飛行器具體如下，包括：

旋翼飛行器，實(shí)現(xiàn)在三維空間中的運(yùn)動(dòng)；

三軸云臺(tái)相機(jī)，安裝于旋翼飛行器前端，由旋翼飛行器攜載實(shí)現(xiàn)云臺(tái)相機(jī)在三維空間的位置移動(dòng)，由云臺(tái)的三軸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)云臺(tái)相機(jī)的姿態(tài)角的改變；同時(shí)云臺(tái)相機(jī)作為交會(huì)對(duì)接逼近過(guò)程中的目標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，拍攝目標(biāo)飛行器圖像傳送給機(jī)載移動(dòng)計(jì)算機(jī)；