[发明专利]一种基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂

说明书

本发明公开了一种基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂，包括空间盘绕式伸展臂以及Stewart平台两大部分：空间盘绕式伸展臂由铰接式三角形横架、三根纵杆及若干对角加劲索组成；Stewart平台包括固定基座、载物台、惯性传感器以及六条支腿。本发明可实现大收拢比盘绕式空间伸展机构的高精度指向，适配于微小卫星等空间任务。具体方式为，盘绕式伸展臂展开后，Stewart平台根据惯性传感器的位姿测量结果，对载物台上有效载荷进行六自由度的运动控制，从而满足空间盘绕式伸展臂的高精度指向。

技术领域

本发明涉及一种基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂，属于空间可展开机构技术领域。

背景技术

近年来，随着商业航天的蓬勃发展，具备研制成本低、研发周期短等优点的微小卫星技受到了前所未有的关注与研究。在此背景下，以盘绕式伸展臂为代表的空间展开机构越来越多地应用到卫星平台上以扩展其功能，从而满足商业化浪潮下用户越来越多样化的需求。空间展开机构在发射阶段能够收拢于有限的包括空间内，卫星入轨后又可伸展为预定空间构型，通过此种方式可以最大限度地降低运载火箭有效载荷舱容积对于空间任务的限制。盘绕式伸展臂作为一种典型的一维柔性展开机构，具有质量轻、功耗小、展开收拢比大(最高可达20:1)等优点，这对于星上资源有限的微小卫星十分重要，应用前景广阔。最具代表性的便是在空间望远镜领域的应用，望远镜镜头可安装于盘绕式伸展臂的顶端，位于焦点的探测器则位于卫星本体上，伸展臂展开后可使得望远镜焦距远大于航天器本体尺寸，进而大幅度提升观测性能。但是，以空间望远镜为代表的科学载荷往往有着高精度指向的要求，盘绕式伸展臂作为柔性展开机构，自身刚度相对较低，在空间高低温环境下容易产生变形，仅靠自身展开精度往往难以满足要求，需要具备主动控制能力。但国内针对微小卫星展开机构的研究起步较晚，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道。

考虑到空间柔性盘绕式伸展臂展开精度不足的问题，本发明设计了一种基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂。Stewart平台可以进行六自由度闭环反馈控制，调节盘绕式伸展臂顶端载荷的位置和姿态，从而满足载荷高精度指向的要求。

发明内容

为了克服现有技术中盘绕式伸展臂柔性大、指向精度不高等不足，本发明设计了基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂。有效载荷与Stewart平台安装在盘绕式伸展臂顶端，在随着伸展臂展开运动至远离卫星本体的位置后，Stewart平台可根据惯性传感器所测的当前位姿进行六自由度调节，从而满足空间望远镜等科学载荷高指向精度的要求。

本发明的技术方案如下：

本发明公开了一种基于Stewart平台主动控制的空间盘绕式伸展臂，包括空间盘绕式伸展臂[1]以及Stewart平台[2]两大组件；

所述空间盘绕式伸展臂[1]由铰接式三角形横架[3]、纵杆[4]及对角加劲索[5]组成。铰接式三角形横架[3]由三个铰接头[6]和三根钛镍合金短杆[7]组成，为纵杆提供侧向支撑；纵杆[4]共有三根，贯穿于铰接式三角形横架[3]的穿孔中，由钛镍形状记忆合金加工而成，长度即为空间盘绕式伸展臂[1]的展开长度；对角加劲索[5]由钢丝制成，在铰接式三角形横架[3]之间斜拉固定，承受预应力，可大幅提升伸展臂的抗剪切和抗扭转刚度；