[发明专利]气浮机器人位姿控制装置及方法

说明书

本发明提供了气浮机器人位姿控制装置及方法，属于气浮机器人位姿控制装置及方法技术领域。本发明中气浮机器人设置在支撑与保护系统上，智能识别系统识别气浮机器人的姿态数据，智能识别系统通过无线传输系统将信息传递给气浮机器人，台下数据采集与处理系统处理智能识别系统的数据，显示气浮机器人的姿态信息及控制信号，并向气浮机器人发送指令和修改控制参数，形成闭环控制。本发明能够模拟卫星平台在轨工作，提供一个模拟的空间力学环境,能够实时输出位姿数据，并且具有更成熟的应用基础，实际使用效果很好，相比于现有技术有了很大的进步，并且既可以基于喷管、也可以基于风扇进行控制。

技术领域

本发明涉及气浮机器人位姿控制装置及方法，属于气浮机器人位姿控制装置及方法技术领域。

背景技术

随着我国航天水平的发展，航天器的结构日趋复杂，发射成本日趋增加。为保证航天任务的万无一失，在发射航天器之前必须在地面上进行大量严格的模拟与测试。我们期望在地面上模拟太空中的无摩擦环境，进行控制算法的验证。本发明介绍的气浮机器人位姿控制装置就是一种先进的微摩擦模拟装置；本发明介绍的气浮机器人位姿控制方法就是一种先进的，针对微摩擦低阻尼条件的控制方法。

论文《卫星姿态控制及全物理仿真系统设计与实现》中以三轴气浮台为核心，研究了卫星姿控地面全物理仿真系统的设计与实现，重点完成了姿态控制仿真回路的软硬件平台搭建及姿态控制律设计等工作。在此基础上，设计并完成了仪表平台大角度机动、稳定指向等仿真试验，验证了所设计的地面仿真系统软硬件平台的性能以及姿态控制律的有效性。但是其中的三轴气浮台仅能模拟三个旋转自由度的运动，无法模拟平移自由度的运动，无法全面地模拟航天器在太空中的运动，并且该类型气浮台具有重量大，维护困难，造价高等缺点。

论文《基于平台的攻防对抗物理仿真系统方案设计及分析》中完成了对攻防对抗地面物理仿真系统的方案设计,给出了该方案所能实现的试验规划。完成对运动模拟器的建模及控制策略设计；导出运动模拟器在平台坐标系下的推力算法, 并采用PID控制器,采用一个防止推力饱和的约束方程,设计执行机构分配策略, 最后通过仿真结果证明方法的有效性。其中对攻防对抗地面物理仿真系统的方案设计，给出了该方案所能实现的试验规划，但并未进行气路的设计，且仅通过仿真验证了方案的可行性，并不可靠。

《气浮平台》：公开了一种能够模拟大质量物体失重环境运动状态的低摩擦气浮平台。该气浮平台包括气浮滑板、气浮基础平台和微调千斤顶，气浮滑板放置在气浮基础平台上，微调千斤顶支撑气浮基础平台，载荷安装在气浮滑板上表面，进气装置安装在气浮滑板侧面，通过进气装置输入洁净的压缩空气。输入本发明的气浮平台大于0.2MPa的压缩空气，就能够托起0～15000Kg的载荷，在 2N初始力的作用下就能进行三维平面运动。本发明适用于大质量物体的精密驱动，适合于模拟大质量物体失重状态的三维平面运动，特别适用于在地面模拟太空飞行器受外力后运动状态的试验。其中所述的气浮平台工作时需要进气装置(外接气源)给气，这就会对航天器的模拟产生较大影响，且没有执行机构与保护装置，可以进行的科学实验和太空环境模拟有限。

《一种气浮平台》：具体公开了一种气浮平台，其包括多个气浮模块，每个所述气浮模块包括：内部设置为中空的腔体，所述腔体上部具有气浮平板，所述气浮平板上具有气浮块。本发明的关键点在于采用多孔材料模块化设计形成气浮平台，根据不同用途设计出不同精度等级的模块或采用不同材质的气浮块，用于提供稳定的空气，减少空气的消耗量，抑制上浮空气。该气浮平台加工、装配简单，制造成本较低，操作简单方便，实现了非接触传输，减轻了大尺寸玻璃基板的变形和应力，提高了生产效率。但是其所述的气浮平台上并没有执行机构，且承重差运动范围小，精度无法保证，无法进行科学实验。

与上述检测方法相比，本申请提出了一种三自由度气浮机器人位姿控制装置及方法，能够模拟卫星平台在轨工作，提供一个模拟的空间力学环境,能够实时输出位姿数据。同时，本申请的装置与前文提到的装置相比，理论更完善，实际应用更方便。

发明内容