[發明專利]小行星附著機構半物理仿真系統及方法

有效

• 申請號: 202010441990.8
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111571563B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 何俊;沈銘錦;高峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J5/02
• 分類號: B25J5/02;B25J9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種小行星附著機構半物理仿真系統及方法，直線導軌固定在地面上，移動臺安裝在導軌上，第二工業機器人的基座固定在移動臺上，其末端安裝有小行星附著機構；第一工業機器人安裝在固定臺上，其末端安裝有六維力傳感器，傳感器與小行星地面模擬裝置相連。控制第二工業機器人模擬小行星附著機構接近和附著在小行星地面的空間運動過程，控制第一工業機器人模擬小行星地面的自轉。本發明能夠模擬復雜的空間碰撞環境，實現小行星附著機構的半物理仿真，系統容易搭建，仿真結果更加精準，保證了地面模擬實驗的可靠性，對深空探測等研究具有重要意義。

技術領域

本發明涉及空間機器人地面驗證技術領域，具體地，涉及一種小行星附著機構半物理仿真系統及方法。

背景技術

在深空探測中，小行星探測作為人類進一步探索宇宙和開發利用宇宙資源的一種重要手段，需要不斷提高小行星勘探技術來為小行星探測工作提供技術保證。小行星表面的地貌、土壤及巖石成分采集和探測是小行星表面探測的重點，但是由于小行星表面幾乎沒有引力，空間機器人或者行星探測器很難與行星表面始終保持接觸，在太空環境中容易受到擾動而漂移。到目前為止，人類通過研究設計不同的固定或者行星表面附著機構，幫助機器人或探測器能在低重力的環境下依然能與行星表面保持較長時間的接觸，從而完成采集和探測工作。

由于地面重力環境的影響，設計的附著機構以及控制算法很難直接通過地面模擬環境驗證其有效性，所以開展地面物理仿真實驗需要克服重力的影響因素對動力學特性產生的不確定影響，進而模擬太空中的微重力環境。現有的模擬裝置常用懸吊法或者氣浮法來模擬在太空中微重力甚至零重力的環境，但是這兩種方法實驗的可重復性不高，從而影響多次地面物理仿真實驗的精度，另一方面搭建系統的過程相對繁瑣，需要較大的占地面積。從行星表面探測的角度出發，難以模擬具有自轉運動的小行星，而自轉運動本身也會對機器人或探測器附著到行星表面的過程產生較大的影響。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種小行星附著機構半物理仿真系統及方法。

根據本發明提供的一種小行星附著機構半物理仿真系統，包括直線導軌裝置、第一工業機器人、第二工業機器人；

所述第一工業機器人的基座固定在地面上，能夠模擬在微重力環境下小行星的自轉；

所述直線導軌裝置包括直線導軌和移動臺，直線導軌固定在地面上，第二工業機器人的基座設置在移動臺上，移動臺安裝在直線導軌上，第二工業機器人能夠沿直線導軌方向移動，能夠模擬在微重力環境下接近小行星表面的運動。

優選地，所述第二工業機器人的末端安裝有小行星附著機構，通過第二工業機器人來平衡附著機構的重力，所述第二工業機器人、直線導軌裝置和小行星附著機構用來模擬在微重力環境下空間小行星附著機構接近小行星表面的運動。

所述第一工業機器人的末端安裝有六維力傳感器，六維力傳感器和小行星地面模擬裝置連接，第一工業機器人、六維力傳感器和小行星地面模擬裝置模擬在微重力環境下小行星的自轉。

優選地，所述移動臺安裝在直線導軌上，移動臺上安裝有伺服電機，驅動絲桿轉動，帶動滑塊移動，從而帶動安裝在滑塊上的移動臺移動，使第二工業機器人和其末端的小行星附著機構在直線導軌方向上實現前后移動。

優選地，所述六維力傳感器安裝在第一工業機器人的末端，用于實時測量小行星附著機構與小行星地面模擬裝置發生接觸時產生的接觸力狀況，用于空間微重力環境下的碰撞過程的模擬。

優選地，所述小行星附著機構安裝在第二工業機器人的末端，用于模擬在微重力環境下第二工業機器人接近并附著在小行星表面的運動過程，在附著過程中，根據第一工業機器人上的六維力傳感器測量得到的接觸力狀況，模擬在附著過程中小行星附著機構受到接觸力影響而產生的相對運動過程。

優選地，所述小行星地面模擬裝置用于模擬與小行星附著機構接觸的小行星自轉運動過程，與六維力傳感器相連，能夠模擬產生附著過程的接觸力。