[發明專利]一種懸吊式微重力模擬裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201811591377.3
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN109720609B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 金野;劉鵬;朱海龍;劉家鋒;趙巍;唐降龍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 哈爾濱市文洋專利代理事務所(普通合伙) 23210
• 代理人: 王艷萍

一種懸吊式微重力模擬裝置及控制方法。它涉及視覺位姿測量。它解決了隨動偏差導致吊絲在水平方向產生一干擾力矩，破壞微重力模擬的力學環境的問題。本發明的裝置由支撐旋轉模塊、臂上模塊和吊點模塊組成，支撐旋轉模塊與臂上模塊連接，臂上模塊中的吊索與吊點模塊中的輕質鋁盤連接；方法以吊點位置偏移、吊絲傾角以及吊絲拉力作為輸入計算旋轉和平移的位置與速度控制參數，并對位置與速度實時反饋，實現吊點徑向及旋轉跟蹤。本發明保證空間任務地面模擬的真實性、穩定性以及可靠性的優點。

技術領域

本發明涉及視覺位姿測量裝置及方法，具體涉及一種懸吊式微重力模擬裝置及控制方法。

背景技術

目前,為保證空間任務的可靠性，需在空間任務執行前進行大量的實驗。其中，微重力條件作業作為空間中的重要特性之一更需要得到充分地測試驗證，在地面建立空間微重力環境的模擬平臺開展空間任務試驗研究是目前最經濟、最有效的方法。

目前可采用多種方法進行空間微重力地面模擬試驗，包括落塔法、水浮法、氣浮法和懸吊法等。懸吊法作為一種結構相對簡單且易于實現的方法，在許多微重力模擬試驗方面廣泛使用。懸吊法的主要原理為通過繩索機構及滑輪組，并利用配重來抵消空間機構自身重力，即采用吊絲系統補償空間機構豎直向下的重力，裝置由吊絲、滑輪、導軌、桁架等組合而成，采用隨動恒張力的控制方法來使吊絲拉力始終等于恒定值以抵消空間機構的部分重力。重力補償懸吊系統主要采用主動重力補償(采用可控電機調整卷繩拉力)和被動重力補償(通過配重抵消重力，保持吊絲恒張力)兩種形式。而懸吊法模擬過程中懸吊點必須跟隨被測試目標運動，由于隨動偏差的存在導致吊絲在水平方向產生一干擾力矩，破壞微重力模擬的力學環境，保證較小隨動偏差成為了懸吊微重力模擬的關鍵問題。

發明內容

本發明為了解決現有隨動偏差的存在導致吊絲在水平方向產生一干擾力矩，破壞微重力模擬的力學環境，保證較小隨動偏差的問題，提供了一種懸吊式微重力模擬裝置及控制方法，構建以視覺伺服的方式進行微重力環境模擬的隨動控制系統，結合穩定的控制策略，在懸吊式微重力模擬裝置工作過程中保證高模擬精度，解決該問題的具體技術方案如下：

本發明的一種懸吊式微重力模擬裝置，由支撐旋轉模塊1、臂上模塊2和懸吊點模塊3組成，支撐旋轉模塊與臂上模塊2連接，臂上模塊2中的吊絲2-6與懸吊點模塊3中的輕質鋁盤3-1連接；

所述的支撐旋轉模塊由支撐立柱1-1、旋轉臂驅動電機1-2和圓光柵測角儀1-3組成，旋轉臂驅動電機1-2設在支撐立柱1-1的上部，圓光柵測角儀1-3設在支撐立柱1-1的上端，旋轉臂驅動電機1-2與臂上模塊的導軌臺2-1連接，

所述的臂上模塊由導軌臺2-1、行走小車2-2、相機2-3、激光測距儀2-4、傾角傳感器2-5、吊絲2-6、直流電機2-7、直線運動光柵尺2-8、工控機2-9和第一電源2-10組成，行走小車2-2設在導軌臺2-1上，相機2-3、激光測距儀2-4、傾角傳感器2-5、吊絲2-6、直流電機2-7、直線運動光柵尺2-8、工控機2-9和第一電源2-10均設在行走小車2-2上；

所述的懸吊點模塊由輕質鋁盤3-1、LED激光光源3-2、變送器3-3、無線模塊3-4、電源3-5、吊絲拉力傳感器3-6和C形吊架3-7組成；多個LED激光光源3-2均勻設在輕質鋁盤3-1的圓周上方，變送器3-3、無線模塊3-4和第二電源3-5設在輕質鋁盤3-1下面，輕質鋁盤3-1的圓心處開有孔與吊絲2-6連接，吊絲拉力傳感器3-6設在輕質鋁盤3-1和C形吊架3-7之間。

本發明所述的控制方法為：

以懸吊點位置偏移、吊絲傾角以及吊絲拉力作為輸入計算旋轉和平移的位置與速度控制參數，并對位置與速度實時反饋，實現懸吊點徑向及旋轉跟蹤。