[发明专利]空间六自由度气浮随动运动平台

说明书

技术领域

本发明属于物理仿真平台领域，特别是一种空间六自由度气浮随动运动平台。

背景技术

大型组合式航天器像大型空间站等需要通过航天器在轨对接、转位等过程来实现。如何在地面实现全时序的地面运动学和动力学模拟，是航天研制任务中关键和重要的必要环节。本发明针对大型航天器地面模拟试验的要求，设计了一种能够模拟空间六自由度运动的地面物理仿真平台，用于模拟天空失重环境下航天器全时序综合性试验，可用于对接机构、转位机构、航天控制等的研制、验收和鉴定试验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可模拟空间微重力环境下航天器姿态运动，用于航天器对接、转位等任务的地面全时序综合试验的空间六自由度气浮随动运动平台。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种空间六自由度气浮随动运动平台，包括气浮平台、随动装置、气浮轴承、控制力矩陀螺、联接件、六维力传感器、气浮球、气浮轴承托架、运动导轨、重力平衡装置、试验舱；其中，气浮轴承、控制力矩陀螺、联接件、六维力传感器、气浮球、气浮轴承托架、运动导轨、重力平衡装置设置在试验舱内，随动装置固定于气浮平台上，气浮轴承托架通过运动导轨连接于随动装置上，气浮轴承固定于气浮轴承托架上，气浮球悬浮于气浮轴承内，气浮球正上方设置六维力传感器，控制力矩陀螺安装于六维力传感器上，联接件将试验舱与控制力矩陀螺相连接，丝杠和直线导轨固定在实验舱内，经过试验舱重心并与气浮平台台面相平行，丝杠和直线导轨上安装重力平衡装置。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、本发明与框架式+吊绳、并联机构等单纯机械方式相比，气浮技术可以几乎没有摩擦的随动能够更好地模拟空间微重力动力学环境。利用现代多孔材料技术生产的气垫、气浮轴承具有成千上万的微米级气孔，性能更加可靠和稳定、支撑强度更大，使得气浮支撑结构的尺寸可以做得越来越小、结构更加紧凑。

2、本发明利用液力平衡重力的方法，使得运动平台能够实时抵消扰动载荷实现主动/被动的随动功能，随动响应快、控制精度高。

3、本发明采用重力平衡系统抵消航天器机构运动导致的重力影响，使得整个系统的重心始终位于气浮球轴承的中心，完全抵消了地面试验中重力对系统运动姿态的影响。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明空间六自由度气浮随动运动平台的结构示意图。

图2是本发明空间六自由度气浮随动运动平台液压重力平衡装置的结构示意图。

图3是本发明空间六自由度气浮随动运动平台气浮球受力分析示意图。

具体实施方式

本发明一种空间六自由度气浮随动运动平台，包括气浮平台1、随动装置2、气浮轴承3、控制力矩陀螺4、联接件5、六维力传感器6、气浮球7、气浮轴承托架8、运动导轨9、重力平衡装置10、试验舱11；其中，气浮轴承3、控制力矩陀螺4、联接件5、六维力传感器6、气浮球7、气浮轴承托架8、运动导轨9、重力平衡装置10设置在试验舱11内，随动装置2固定于气浮平台1上，气浮轴承托架8通过运动导轨9连接于随动装置2上，气浮轴承3固定于气浮轴承托架8上，气浮球7悬浮于气浮轴承3内，气浮球7正上方设置六维力传感器6，控制力矩陀螺4安装于六维力传感器上，联接件5将试验舱11与控制力矩陀螺4相连接，丝杠和直线导轨固定在实验舱11内，经过试验舱重心并与气浮平台1台面相平行，丝杠和直线导轨上安装重力平衡装置10。

气浮轴承3安装五个，其中一个气浮球轴承3位于气浮球7的底部，其余四个气浮轴承3垂直于相对应的两个气浮轴承3的方向的最大夹角满足

cosθ2=14(P[F]-1),]]>

其中，P是气浮球需要承受的负载，[F]为气浮球轴承的理想承载。