[发明专利]小行星附着机构半物理仿真系统及方法

说明书

本发明提供了一种小行星附着机构半物理仿真系统及方法，直线导轨固定在地面上，移动台安装在导轨上，第二工业机器人的基座固定在移动台上，其末端安装有小行星附着机构；第一工业机器人安装在固定台上，其末端安装有六维力传感器，传感器与小行星地面模拟装置相连。控制第二工业机器人模拟小行星附着机构接近和附着在小行星地面的空间运动过程，控制第一工业机器人模拟小行星地面的自转。本发明能够模拟复杂的空间碰撞环境，实现小行星附着机构的半物理仿真，系统容易搭建，仿真结果更加精准，保证了地面模拟实验的可靠性，对深空探测等研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及空间机器人地面验证技术领域，具体地，涉及一种小行星附着机构半物理仿真系统及方法。

背景技术

在深空探测中，小行星探测作为人类进一步探索宇宙和开发利用宇宙资源的一种重要手段，需要不断提高小行星勘探技术来为小行星探测工作提供技术保证。小行星表面的地貌、土壤及岩石成分采集和探测是小行星表面探测的重点，但是由于小行星表面几乎没有引力，空间机器人或者行星探测器很难与行星表面始终保持接触，在太空环境中容易受到扰动而漂移。到目前为止，人类通过研究设计不同的固定或者行星表面附着机构，帮助机器人或探测器能在低重力的环境下依然能与行星表面保持较长时间的接触，从而完成采集和探测工作。

由于地面重力环境的影响，设计的附着机构以及控制算法很难直接通过地面模拟环境验证其有效性，所以开展地面物理仿真实验需要克服重力的影响因素对动力学特性产生的不确定影响，进而模拟太空中的微重力环境。现有的模拟装置常用悬吊法或者气浮法来模拟在太空中微重力甚至零重力的环境，但是这两种方法实验的可重复性不高，从而影响多次地面物理仿真实验的精度，另一方面搭建系统的过程相对繁琐，需要较大的占地面积。从行星表面探测的角度出发，难以模拟具有自转运动的小行星，而自转运动本身也会对机器人或探测器附着到行星表面的过程产生较大的影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种小行星附着机构半物理仿真系统及方法。

根据本发明提供的一种小行星附着机构半物理仿真系统，包括直线导轨装置、第一工业机器人、第二工业机器人；

所述第一工业机器人的基座固定在地面上，能够模拟在微重力环境下小行星的自转；

所述直线导轨装置包括直线导轨和移动台，直线导轨固定在地面上，第二工业机器人的基座设置在移动台上，移动台安装在直线导轨上，第二工业机器人能够沿直线导轨方向移动，能够模拟在微重力环境下接近小行星表面的运动。

优选地，所述第二工业机器人的末端安装有小行星附着机构，通过第二工业机器人来平衡附着机构的重力，所述第二工业机器人、直线导轨装置和小行星附着机构用来模拟在微重力环境下空间小行星附着机构接近小行星表面的运动。

所述第一工业机器人的末端安装有六维力传感器，六维力传感器和小行星地面模拟装置连接，第一工业机器人、六维力传感器和小行星地面模拟装置模拟在微重力环境下小行星的自转。

优选地，所述移动台安装在直线导轨上，移动台上安装有伺服电机，驱动丝杆转动，带动滑块移动，从而带动安装在滑块上的移动台移动，使第二工业机器人和其末端的小行星附着机构在直线导轨方向上实现前后移动。

优选地，所述六维力传感器安装在第一工业机器人的末端，用于实时测量小行星附着机构与小行星地面模拟装置发生接触时产生的接触力状况，用于空间微重力环境下的碰撞过程的模拟。

优选地，所述小行星附着机构安装在第二工业机器人的末端，用于模拟在微重力环境下第二工业机器人接近并附着在小行星表面的运动过程，在附着过程中，根据第一工业机器人上的六维力传感器测量得到的接触力状况，模拟在附着过程中小行星附着机构受到接触力影响而产生的相对运动过程。

优选地，所述小行星地面模拟装置用于模拟与小行星附着机构接触的小行星自转运动过程，与六维力传感器相连，能够模拟产生附着过程的接触力。