[發明專利]一種微干擾力矩的氣浮機器人系統

在審

• 申請號: 202010105688.5
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111338365A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 馬廣程;高雅;馬航宇;夏紅偉;張皓;楊馳航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;中國科學院空間應用工程與技術中心
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳新勝

本發明提供了一種微干擾力矩的氣浮機器人系統，屬于控制領域。本發明一種微干擾力矩的氣浮機器人系統中相機通過氣浮機器人頂部的靶標來確定氣浮機器人的位姿信息，并通過無線數據傳輸將測量信息傳送給控制器，控制器根據實時位姿信息和指令位姿信息的偏差量計算控制指令，然后通過驅動板控制風扇轉動，從而使氣浮機器人能夠實現指定的位姿。本發明利用全局圖像測量定姿的微干擾力矩的新型氣浮機器人系統，能夠模擬航天器平臺的在軌工作過程，提供一個微干擾力矩的空間動力學環境，系統各部件布局更加合理，控制更加方便，并為用戶提供多種接口，便于用戶自行測試控制算法和設計方案，能夠滿足用戶的多種需求。

技術領域

本發明涉及一種微干擾力矩的氣浮機器人系統，屬于控制領域。

背景技術

氣浮機器人系統是一種新型的地面半實物試驗方式，氣浮模擬器向氣浮平臺上連續噴出冷氣并漂浮在平臺上，氣浮軸承通過壓縮空氣與平臺形成一層氣膜，從而實現重力卸載或無摩擦的相對運動條件，以模擬微干擾力矩的動力學環境。利用氣浮機器人來模擬航天器在空間的運行過程，并輔以其它半實物手段，是對航天器性能進行驗證的一種新型手段。本發明介紹一種基于風扇驅動和xPC實時系統，利用全局圖像測量定姿的微干擾力矩的新型氣浮機器人系統。

《自由飛行機器人氣浮式模擬器設計》中設計了一種基于冷氣推進、能夠自由漂浮的三自由度自由飛行機器人模擬器，并對模擬器的結構設計、氣路系統、動力學建模和控制系統進行了研究。采用模塊化設計對主體結構進行不同功能的分區，并結合工作原理對模擬器的承載能力進行了分析和實驗驗證。然后，采用部分解耦的方式對噴嘴進行了布置，進一步設計了整個氣路系統，并對影響噴嘴推力的因素進行了理論分析和實驗驗證。最后，采用牛頓－歐拉法建立了模擬器的動力學方程，聯合Simulink和Adams，搭建了控制仿真模型并進行了運動仿真。實驗結果顯示，模擬器能夠承載800kg以上的重量，單方向上能夠達到8N的力，整體運行時間能夠達到30min。模擬器對參考輸入有很好的跟蹤效果，能夠為超冗余模塊化機械臂的地面實驗提供可移動載體。《自由飛行機器人氣浮式模擬器設計》一文在設計過程中對自由飛行機器人模擬器進行了模塊化設計，動力系統采用冷氣推進及解耦方式，對噴嘴進行布置，并對執行器的執行能力進行了理論分析和實驗驗證，證明了模擬器的整體設計滿足要求。但該方法依賴噴氣系統來改變模擬器姿態，噴氣系統在控制過程中消耗氣體，工作時間受氣瓶容量的限制，高壓儲氣瓶等設備占用體積較大，無法長時間工作。

《基于單軸氣浮臺的角動量輸出測量方法》中介紹了一種利用單軸氣浮平臺測量轉動部件角動量輸出的系統和方法。通過對系統轉動慣量和角速度的測量，得到轉動部件輸出角動量的大小及變化，最后以實例形式給出測試步驟、數據處理方法、測試結果及精度分析。與直接測量法相比，該方法測試設備簡單，測量精度高，測量誤差小于5％，尤其對具有多轉動單元、多自由度轉動部件的耦合測量優勢明顯，具有較高的工程應用價值。《基于單軸氣浮臺的角動量輸出測量方法》一文使用光纖速率陀螺，時統，數據采集系統實現了單軸氣浮系統的高精度角速度測量，該方法對陀螺的測量精度要求高，測量過程復雜，并且對數據的處理方法僅適用于陀螺，不適用其他測量方式。《基于單軸氣浮臺的角動量輸出測量方法》一文使用光纖速率陀螺，時統，數據采集系統實現了單軸氣浮系統的高精度角速度測量，該方法對陀螺的測量精度要求高，測量過程復雜，并且對數據的處理方法僅適用于陀螺，不適用其他測量方式。