柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統技術方案

本發明專利技術提供了一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，包括：伸展臂支撐桁架裝置；安裝于所述支撐桁架上層的卸載裝置，包括導軌、轉接橫桿和調節器；安裝于所述吊掛裝置下方能夠實現各卸載點重力補償的主動吊掛重力補償系統；能夠推動柔性伸展臂一體化展開的模擬運動裝置；能夠實現航天器本體重力卸載的隨動裝置；能夠監控上述伸展臂一體化展開的控制系統。本發明專利技術將多點主動吊掛卸載、多參數數據采集與航天器本體隨動卸載相結合，實現對柔性伸展臂一體化展開過程中的運動跟蹤和微重力補償，能夠滿足各卸載點恒力大范圍運動主動跟蹤，并保證重力補償的精度、展開的直線度。

【技術實現步驟摘要】
柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統
本專利技術涉及宇航條件下的模擬試驗與測試
，具體地，涉及柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統。尤其是涉及一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統。
技術介紹
隨著載人航天、深空探測、大型太空望遠鏡、高分辨率對地觀測及空間大型光電轉換收集等任務的推進和實施，空間可展開機構正向大型化、輕量化、高收納比、高精度、高可靠性方向發展，其種類不斷增多，構型日趨復雜、功能不斷增強。空間伸展臂作為空間可展機構的一個重要研究方向，具有剛度高、質量輕、折疊體積小、重復展開精度高等特點，在空間展開機構領域扮演著越來越重要的角色。目前，國內外正積極開展空間可展機構的研究，但研究成果主要集中在空間可展機構的構型設計及性能優化等方面，對大尺寸空間可展機構地面測試的理論及方法研究較少，缺乏對地面展開零重力模擬控制方面的研究，制約了大尺寸空間可展機構的應用。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統。根據本專利技術提供的一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，包括：伸展臂支撐桁架裝置11；安裝于卸載裝置15下方能夠實現各卸載點重力補償的主動吊掛重力補償系統12；能夠監控伸展臂一體化展開的控制系統13；能夠推動柔性伸展臂17一體化展開的模擬運動裝置14；安裝于伸展臂支撐桁架裝置11上層的卸載裝置15；能夠實現航天器本體重力卸載的隨動裝置16；接受主動吊掛重力補償系統12提供的拉力的柔性伸展臂17；控制系統13對主動吊掛重力補償系統12、模擬運動裝置14、卸載裝置15、隨動裝置16、柔性伸展臂17進行控制。優選地，所述的伸展臂支撐桁架裝置11，包括相互連接的上部凸型桁架111、下部門型桁架112。優選地，主動吊掛重力補償系統12，包括主動吊掛裝置121、伺服電機驅動器122和傳感器數據采集模塊123；其中，主動吊掛裝置121能夠提供柔性伸展臂17在展開過程的拉力；主動吊掛裝置121包括依次連接的主動吊掛用滑車1211、拉力傳感器1212、支撐框架1213、電機1214、減速器1215、錐齒輪1216、卷筒1217、壓緊棒1218、導向桿1219、鋼絲繩12110、花籃螺栓12111。優選地，能夠監控伸展臂一體化展開的控制系統13通過線纜132，將控制柜131內的PLC/運動控制器與各卸載點主動吊掛重力補償系統12、模擬運動裝置14、卸載裝置15、隨動裝置16、柔性伸展臂17連接起來；線纜132包括電源線、通信線和信號線。優選地，能夠推動柔性伸展臂17一體化展開的模擬運動裝置14與柔性伸展臂17連接，在模擬運動裝置14的驅動下推動柔性伸展臂17沿Y方向做勻速直線運動。優選地，卸載裝置15，包括轉接橫桿151、導軌152、調節器153，其中，轉接橫桿151上部與伸展臂支撐桁架裝置11連接，下部與調節器153連接，轉接橫桿151上安裝導軌152；導軌152與Z方向平行，能夠在一體化展開過程中提供各點吊掛裝置沿Z方向的運動；調節器153連接轉接橫桿151與導軌152，實現Y方向的水平調節；其中，Y方向為水平方向。優選地，隨動裝置16，提供航天器本體的支撐、重力平衡及運動跟隨。優選地，所述的柔性伸展臂17，主要由收納框架和多節折展單元組成。更為優選地，微重力補償控制系統是柔性伸展臂地面一體化展開試驗系統的重要組成部分。當柔性伸展臂水平展開到位后，需要在模擬運動裝置的驅動下做一體化擺動展開，需要微重力補償控制系統對伸展臂進行重力卸載和跟隨，伸展臂上設置多個卸載點，當有吊點的負載力或位移需要調整時，通過PLC/運動控制器，驅動卸載裝置上的伺服電機帶動卷筒運動，并利用PC機進行上位機監控，從而實現微重力卸載。本專利技術能夠完成對柔性伸展臂一體化展開的微重力補償，保證補償的精度、展開的直線度，實現在地面環境下模擬柔性伸展臂在空間微重力環境下的運動情況，驗證其在空間微重力環境下的工作性能。控制系統，能夠跟蹤柔性伸展臂的運動，監控柔性伸展臂的一體化展開過程中各卸載點力、位移等參數，并保證重力補償的精度、展開的直線度。上部凸型桁架、下部門型桁架兩部分，采用模塊化設計，主要分為10m桁架單元和2m標準節單元兩類模塊，且模塊間可相互自由組合。主動重力補償裝置連接繩索收放裝置并控制后者上下收放，實現恒力控制。所述主動吊掛裝置的吊掛點穿過本區間段伸展臂的重心，從而保證該吊掛裝置不會相對于所述伸展臂發生X、Z方向的位移。控制系統，包括：上位機軟件子系統、下位機電控子系統。所述控制系統通過電源線、通信線和信號線，將控制柜內的PLC/運動控制器與各卸載點主動吊掛重力補償系統、模擬運動裝置、卸載裝置、隨動裝置、柔性伸展臂連接起來。根據各吊掛點布局情況，以伸展臂一體化展開建立解算模型，以伸展臂與模擬運動裝置連接點作為主軸，各吊掛點作為從軸，通過主軸帶動從軸運動，按位置關系進行位移控制。所述上位機軟件子系統由PC機來實現，通過EtherNet/IP協議與主動吊掛重力補償系統通信，并運行上位機軟件，將反饋的各吊點電機位移、速度、轉矩、狀態等運轉參數和傳感器數據采集模塊的數采值在PC機顯示器上進行實時數據、曲線顯示，歷史數據查詢，對電機的故障進行自動化檢測、診斷和報警。通過該一體化地面測控系統，實現對衛星展開機構地面展開試驗的自動測試與控制。下位電控子系統由PLC/運動控制器實現，主要完成測量數據的采集、計算、主動吊掛重力補償系統的運動控制等，接收上位機的控制命令，然后通過驅動器對各個電機分別進行轉速、轉向、轉動角度、加減速控制等，同時還能通過編碼器和電流采集來實時測量驅動電機的運轉參數，并將參數反饋給上位機進行監測。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：柔性伸展臂地面一體化展開試驗，需要克服各卸載裝置引入的摩擦力、慣性力、卸載位置和力偏差，分析多個卸載點之間存在運動牽連和耦合，實現卸載點的高精度重力補償，補償精度的高低將直接影響航天器在軌運行的成敗，對大尺寸空間可展機構在航天領域的應用具有重要意義。本專利技術將多點主動吊掛卸載、多參數數據采集與航天器本體隨動卸載相結合，實現對柔性伸展臂一體化展開過程中的運動跟蹤和微重力補償，能夠滿足各卸載點恒力大范圍運動主動跟蹤，并保證重力補償的精度、展開的直線度。本專利技術應能夠航天衛星領域的柔性伸展臂的一體化展開試驗，能夠為柔性伸展臂一體化展開微重力模擬提供了一套可行的試驗方法，后續也可應能夠深空探測、大型太空望遠鏡、高分辨率對地觀測等相關領域，具有很高實用性和可擴展性。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術的系統示意圖；圖2為本專利技術中的伸展臂支撐桁架裝置示意圖；圖3為本專利技術中的支撐桁架上層卸載裝置示意圖；圖4為本專利技術中的主動吊掛重力補償系統吊掛裝置示意圖。圖中示出：具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。為了適應空間可展機構的發展，滿足柔性伸展臂地面一體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，其特征在于，包括：伸展臂支撐桁架裝置(11)；安裝于卸載裝置(15)下方能夠實現各卸載點重力補償的主動吊掛重力補償系統(12)；能夠監控伸展臂一體化展開的控制系統(13)；能夠推動柔性伸展臂(17)一體化展開的模擬運動裝置(14)；安裝于伸展臂支撐桁架裝置(11)上層的卸載裝置(15)；能夠實現航天器本體重力卸載的隨動裝置(16)；接受主動吊掛重力補償系統(12)提供的拉力的柔性伸展臂(17)；控制系統(13)對主動吊掛重力補償系統(12)、模擬運動裝置(14)、卸載裝置(15)、隨動裝置(16)、柔性伸展臂(17)進行控制。

【技術特征摘要】
1.一種柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，其特征在于，包括：伸展臂支撐桁架裝置(11)；安裝于卸載裝置(15)下方能夠實現各卸載點重力補償的主動吊掛重力補償系統(12)；能夠監控伸展臂一體化展開的控制系統(13)；能夠推動柔性伸展臂(17)一體化展開的模擬運動裝置(14)；安裝于伸展臂支撐桁架裝置(11)上層的卸載裝置(15)；能夠實現航天器本體重力卸載的隨動裝置(16)；接受主動吊掛重力補償系統(12)提供的拉力的柔性伸展臂(17)；控制系統(13)對主動吊掛重力補償系統(12)、模擬運動裝置(14)、卸載裝置(15)、隨動裝置(16)、柔性伸展臂(17)進行控制。2.根據權利要求1所述的柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，其特征在于，所述的伸展臂支撐桁架裝置(11)，包括相互連接的上部凸型桁架(111)、下部門型桁架(112)。3.根據權利要求1所述的柔性伸展臂一體化展開微重力補償控制系統，其特征在于，主動吊掛重力補償系統(12)，包括主動吊掛裝置(121)、伺服電機驅動器(122)和傳感器數據采集模塊(123)；其中，主動吊掛裝置(121)能夠提供柔性伸展臂(17)在展開過程的拉力；主動吊掛裝置(121)包括依次連接的主動吊掛用滑車(1211)、拉力傳感器(1212)、支撐框架(1213)、電機(1214)、減速器(1215)、錐齒輪(1216)、卷筒(1217)、壓緊棒(1218)、導向桿(1219)、鋼絲繩(12110)、花籃螺栓(12111)。4.根據權利要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝永權，宋濤，侯鵬，陳小弟，周偉敏，裴佩，劉仁偉，杜宣，
申請(專利權)人：上海衛星裝備研究所，
類型：發明
國別省市：上海,31