[发明专利]一种小天体着陆缓冲微重力试验装置及方法

说明书

本发明提供了一种小天体着陆缓冲微重力试验装置，包括探测器模拟体、传感器支架、底座、视觉测量系统，探测器模拟体设置在气浮台本体一侧，两个底座设置在气浮台本体另一侧，探测器模拟体、两个底座底部均设有若干气浮孔，探测器模拟体四角分别设有一组姿控喷嘴，探测器模拟体一侧底部设有刹停机构，传感器支架固定安装至探测器模拟体上表面，传感器支架上设有传感器组件，传感器支架一侧设有着陆腿支架，着陆腿支架上设有两个着陆腿本体，两个底座之间设有视觉支架，视觉支架上设有视觉测量系统，每一个底座上固定安装一个工装。本发明能够实现着陆方向上的三自由度微重力模拟，可实现不同着陆面特征模拟，并可对探测器着陆状态进行监视。

技术领域

本发明属于空间机器人领域，尤其是涉及一种小天体着陆缓冲微重力试验装置及方法。

背景技术

小天体产生于太阳系形成初期，对小天体的研究将有助与揭示太阳系的演化过程及生命的起源，同时推进太空资源的开发与利用。小天体着陆探测是研究小天体特点的一种有效途径。小天体表面为微重力环境，地面环境下对小天体探测器的着陆性能进行验证时，需要在微重力辅助环境下进行，因此，研究地面环境下的微重力模拟方法具有重要意义，目前地面常用的微重力模拟方式有气浮台式、配重式、主动悬挂式、气球悬浮式、水浮式、落塔式、失重飞机式，其中气浮台式又按自由度数量分为不同类型。气浮台式具有阻力小，微重力模拟真实度高的优点，但是多自由度模拟成本高；配重式通过配重块的重量抵消探测器的重量，可做到在吊挂方向上重力抵消，但多自由度模拟时系统复杂，摩擦力等因素消除困难；主动悬挂式依靠悬挂系统感知探测器受力变化趋势，通过主动力跟随，实现微重力模拟，由于涉及到电机等机构的主动控制，因此其动态响应特性是影响微重力模拟性能的关键；气球悬浮式是通过气球浮力消除探测器重力，由于气球随动会受到空气阻力的影响，因此该方法用于静态微重力模拟效果更佳；水浮式是通过水的浮力抵消探测器的重力，该方法要求探测器具有较好的防水性能，需要专门配备水池，试验成本较高；落塔式是在高塔上将探测器竖直跌落，在跌落方向上基于探测器本体进行操作时等效于微重力环境，该方法微重力实现时间短；失重飞机原理与落塔类似，依靠飞机在失重方向的短时间内产生微重力环境，该方法的特点也是微重力模拟时间短，试验成本高；

综上，气浮台式模拟方法具有可实现性强、微重力模拟真实度高、成本低等特点。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种小天体着陆缓冲微重力试验装置及方法，能够实现着陆方向上的三自由度微重力模拟，可实现不同着陆面特征模拟，可对探测器着陆状态进行监视等，本专方案成本低、实现途径简单、微重力模拟真实，着陆面模拟多样化。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种小天体着陆缓冲微重力试验装置，包括探测器模拟体、姿控喷嘴、传感器支架、气浮台本体、工装、底座、视觉测量系统、视觉支架、着陆腿本体、着陆腿支架、刹停机构，

探测器模拟体设置在气浮台本体一侧，两个底座设置在气浮台本体另一侧，探测器模拟体、两个底座底部均设有若干气浮孔，探测器模拟体四角分别设有一个姿控喷嘴，探测器模拟体一侧底部设有刹停机构，传感器支架固定安装至探测器模拟体上表面，传感器支架上设有传感器组件，传感器支架一侧设有着陆腿支架，着陆腿支架上安装用于实验测试的着陆腿本体，两个底座之间设有视觉支架，视觉支架上设有视觉测量系统，每一个底座上固定安装一个工装，气浮台本体上设有控制器，姿控喷嘴、刹停机构、传感器组件、视觉测量系统均信号连接至控制器。

进一步的，所述传感器组件包括位姿传感器和加速度传感器。

进一步的，工装整体呈三棱柱结构，横截面为直角三角形，工装固定安装至底座靠近探测器模拟体的一侧，工装一侧面与底座面向探测器模拟体的一侧面处于同一平面，此工装侧面作为着陆面，着陆面设有仿地形介质。

进一步的，两个着陆腿本体分别与两个工装的位置相互对应。