JP4459142B2 - Spacecraft motion simulator - Google Patents
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Description
この発明は、並進駆動される宇宙機軌道模擬部と、回転駆動される宇宙機姿勢模擬部を備えた宇宙機運動模擬装置に関するものである。 The present invention relates to a spacecraft motion simulation apparatus including a spacecraft trajectory simulation section that is driven in translation and a spacecraft attitude simulation section that is rotationally driven.
従来の宇宙機運動模擬装置では、二つのリンクがユニバーサルジョイントで接続され、一端にはボールジョイント、他端には回転型アクチュエータが装着してある複数の2リンクアームを備えており、アッパープレートとベースプレートを6つの2リンクアームによって結合し、ベースプレートと2リンクアームとの各結合部分に回転型アクチュエータを配置し、各回転型アクチュエータを駆動することでアッパープレートの位置・姿勢を自由に変化させる構成としている(例えば特許文献1)。 In a conventional spacecraft motion simulation device, two links are connected by a universal joint, and a plurality of two link arms having a ball joint at one end and a rotary actuator at the other end are provided. A configuration in which the base plate is coupled by six 2-link arms, a rotary actuator is arranged at each coupling portion of the base plate and the two link arms, and each rotary actuator is driven to freely change the position / posture of the upper plate. (For example, Patent Document 1).
このような宇宙機運動模擬装置にあっては、2リンク機構による並進可動範囲が小さいため、宇宙機の軌道運動を模擬する場合には、2リンクアームの長さを大きくする必要があり、宇宙機運動模擬装置の機構部が大型化するという問題点があった。さらに、宇宙機ダイナミクスモデルが一体型であると、宇宙機の軌道運動および姿勢運動を模擬するには、高出力の回転型アクチュエータが必要となり、アクチュエータの大型化、電力消費量の増大化という問題点があった。さらには、宇宙機支持機構部はユニバーサルジョイントとボールジョイントを用いているため、摩擦や熱変形により軌道安定度および姿勢安定度の劣化が生じるという問題点があった。 In such a spacecraft motion simulation device, since the translational movable range by the two-link mechanism is small, it is necessary to increase the length of the two-link arm when simulating the orbital motion of the spacecraft. There was a problem that the mechanical part of the machine motion simulation device was enlarged. Furthermore, if the spacecraft dynamics model is integrated, a high-output rotary actuator is required to simulate the orbital motion and attitude motion of the spacecraft, and the problem is that the actuator is large and the power consumption is increased. There was a point. Furthermore, since the spacecraft support mechanism unit uses a universal joint and a ball joint, there is a problem that the stability of the orbit and the posture is deteriorated due to friction and thermal deformation.
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、並進可動範囲が大きく、かつ軌道安定度および姿勢安定度の高い宇宙機運動模擬装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a spacecraft motion simulation device having a large translational range and high orbit stability and attitude stability.
この発明に係る宇宙機運動模擬装置は、第1の回転機構部と直結した第1の回転型アクチュエータと、第1の回転機構部に組み込まれた第2の回転型アクチュエータと軸受けにより支持される第2の回転機構部と、第2の回転機構部に組み込まれた第3の回転型アクチュエータと、第3の回転機構部を介して第3の回転型アクチュエータと直結した搭載機器部を備え、基台に支持された宇宙機姿勢模擬部、上記宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置、リニアガイドおよび並進型アクチュエータにより支持されるテーブル上に被測定部が搭載されて、上記並進型アクチュエータにより並進駆動され、上記基台に上記宇宙機姿勢模擬部と分離して支持された宇宙機軌道模擬部、上記宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置、及び、上記姿勢模擬部駆動装置と上記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する上記宇宙機搭載系模擬装置を備え、上記並進型アクチュエータと上記被測定部を直結して駆動し、上記回転型アクチュエータと上記搭載機器部を直結して駆動するようにしたものである。 The spacecraft motion simulation device according to the present invention is supported by a first rotary actuator that is directly connected to the first rotary mechanism, a second rotary actuator that is incorporated in the first rotary mechanism, and a bearing. A second rotation mechanism unit, a third rotation type actuator incorporated in the second rotation mechanism unit, and a mounting device unit directly connected to the third rotation type actuator via the third rotation mechanism unit, A spacecraft posture simulator supported by a base, a posture simulator drive device for driving the spacecraft posture simulator, a linear guide and a table supported by a translational actuator, and the measured portion is mounted on the table. A spacecraft trajectory simulation unit driven in translation by a type actuator and supported separately from the spacecraft attitude simulation unit on the base, a trajectory simulation unit driving device for driving the spacecraft trajectory simulation unit, and , Including the spacecraft on-board system simulator for instructing and controlling the attitude simulation unit driving device and the trajectory simulation unit driving device, driving the translational actuator and the measured part directly connected to each other, The on-board equipment unit is directly connected and driven.
また、この発明に係る宇宙機運動模擬装置は、リニアガイドおよび並進型アクチュエータにより支持されるテーブルを有し、上記並進型アクチュエータにより並進駆動され、基台に支持された宇宙機軌道模擬部、上記宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置、
第1の回転機構部と直結した第1の回転型アクチュエータと、第1の回転機構部に組み込まれた第2の回転型アクチュエータと軸受けにより支持される第2の回転機構部と、第2の回転機構部に組み込まれた第3の回転型アクチュエータと、第3の回転機構部を介して第3の回転型アクチュエータと直結した搭載機器部を備え、上記宇宙機軌道模擬部の上記テーブルに固定して支持された宇宙機姿勢模擬部、上記宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置、及び、上記姿勢模擬部駆動装置と上記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する上記宇宙機搭載系模擬装置を備え、上記宇宙機軌道模擬部と上記宇宙機姿勢模擬部を一体型としたものである。
Further, a spacecraft motion simulation apparatus according to the present invention includes a table supported by a linear guide and a translational actuator, and is a translational drive driven by the translational actuator and supported by a base. Orbital simulator driving device for driving the spacecraft orbit simulator
A first rotation type actuator directly connected to the first rotation mechanism, a second rotation type actuator incorporated in the first rotation mechanism and a second rotation mechanism supported by the bearing; A third rotation type actuator incorporated in the rotation mechanism unit, and a mounting device unit directly connected to the third rotation type actuator via the third rotation mechanism unit, and fixed to the table of the spacecraft orbit simulation unit Supported spacecraft attitude simulation section, attitude simulation section drive apparatus that drives the spacecraft attitude simulation section, and the spacecraft installation that commands and controls the attitude simulation section drive apparatus and the orbit simulation section drive apparatus A system simulator is provided, and the spacecraft trajectory simulator and the spacecraft attitude simulator are integrated.
さらに、この発明に係る宇宙機運動模擬装置は、宇宙機軌道模擬部と宇宙機姿勢模擬部を一体型とした宇宙機運動模擬装置の2台を分離して正対する構成としたものである。 Furthermore, the spacecraft motion simulation device according to the present invention has a configuration in which two spacecraft motion simulation devices in which a spacecraft trajectory simulation unit and a spacecraft posture simulation unit are integrated are separated and face each other.
この発明の宇宙機運動模擬装置によれば、並進型アクチュエータにより並進駆動される宇宙機軌道模擬部を備えたことにより並進可動範囲を大きくでき、宇宙機運動模擬装置の機構部の小型化ができ、宇宙機軌道模擬部と宇宙機姿勢模擬部を分離することにより並進型アクチュエータの小型化、低消費電力化ができ、並進型アクチュエータと被測定部を直結して駆動することにより軌道安定度を高くでき、回転型アクチュエータと搭載機器部を直結して駆動することにより姿勢安定度を高くできる。さらに、宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置及び宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置をそれぞれ備え、前記姿勢模擬部駆動装置と前記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する宇宙機搭載系模擬装置を備えている。 According to the spacecraft motion simulation apparatus of the present invention, the translational movable range can be increased by providing the spacecraft trajectory simulation section driven in translation by the translational actuator, and the mechanism section of the spacecraft motion simulation apparatus can be downsized. By separating the spacecraft trajectory simulation section and the spacecraft attitude simulation section, the translation actuator can be reduced in size and power consumption, and the orbital stability can be improved by directly connecting the translation actuator and the measured part. The posture stability can be increased by directly connecting the rotary actuator and the mounted device unit to drive. In addition, an attitude simulation unit driving device for driving the spacecraft attitude simulation unit and a trajectory simulation unit driving device for driving the spacecraft trajectory simulation unit are provided, respectively, and commands and controls the attitude simulation unit driving device and the trajectory simulation unit driving device. It has a spacecraft on-board system simulator.
また、この発明の宇宙機運動模擬装置によれば、宇宙機軌道模擬部と宇宙機姿勢模擬部を一体構成にすることにより、宇宙機運動模擬装置は実際の宇宙機と一致した軌道運動および姿勢運動を模擬することができると共に、並進可動範囲が大きく、かつ軌道安定度および姿勢安定度の高い宇宙機運動模擬装置を得ることができる。さらに、宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置及び宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置をそれぞれ備え、前記姿勢模擬部駆動装置と前記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する宇宙機搭載系模擬装置を備えている。 Further, according to the spacecraft motion simulation device of the present invention, the spacecraft motion simulation device integrates the spacecraft trajectory simulation unit and the spacecraft posture simulation unit so that the spacecraft motion simulation device matches the actual spacecraft orbital motion and posture. It is possible to obtain a spacecraft motion simulation device that can simulate motion, has a large translational range, and has high orbit stability and attitude stability. In addition, an attitude simulation unit driving device for driving the spacecraft attitude simulation unit and a trajectory simulation unit driving device for driving the spacecraft trajectory simulation unit are provided, respectively, and commands and controls the attitude simulation unit driving device and the orbit simulation unit driving device. It has a spacecraft on-board system simulator.
さらに、この発明の宇宙機運動模擬装置によれば、宇宙機軌道模擬部と宇宙機姿勢模擬部を一体型とした宇宙機運動模擬装置を2台正対する構成により、編隊飛行する宇宙機間通信の模擬、あるいは低高度周回軌道宇宙機間通信の模擬、あるいは低高度周回軌道宇宙機−静止宇宙機間通信の模擬を実現することができると共に、並進可動範囲が大きく、かつ軌道安定度および姿勢安定度の高い宇宙機運動模擬装置を得ることができる。 Furthermore, according to the spacecraft motion simulation device of the present invention, communication between spacecrafts flying in a formation with a configuration in which two spacecraft motion simulation devices in which a spacecraft trajectory simulation unit and a spacecraft posture simulation unit are integrated is opposed to each other. Simulation of low altitude orbiting spacecraft, or simulation of low altitude orbiting spacecraft and geostationary spacecraft, with a large translational range, and orbital stability and attitude A spacecraft motion simulator with high stability can be obtained.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による宇宙機運動模擬装置の側面を示す構成図である。図2はこの発明の実施の形態1による宇宙機運動模擬装置の上面を示す構成図である。姿勢模擬部架台9にモータ等の第1の回転型アクチュエータ8が取り付けられ、第1の回転機構部7は第1の回転型アクチュエータ8に直結している。モータ等の第2の回転型アクチュエータ5と軸受け18は第1の回転機構部7に組み込まれ、第2の回転機構部4は第2の回転型アクチュエータ5と軸受け18により支持される。モータ等の第3の回転型アクチュエータ3は第2の回転機構部4に組み込まれ、第3の回転機構部2は第3の回転型アクチュエータ3に直結しており、搭載機器部1は第3の回転機構部2を介して第3の回転型アクチュエータ3に直結している。これらの搭載機器部1〜姿勢模擬部架台9及び軸受け18で宇宙機姿勢模擬部21を構成しており、宇宙機姿勢模擬部21は基台23に固定して支持されている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a side view of a spacecraft motion simulation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing the top surface of the spacecraft motion simulation device according to Embodiment 1 of the present invention. A first
搭載機器部1は例えばカメラを内蔵した望遠鏡、光通信アンテナ、電波アンテナである。また、第2の回転機構部4のバランスを保つためにカウンタウエイト6を第2の回転機構部4に設けている。宇宙機搭載系模擬装置11により宇宙機姿勢指令値を生成し、その指令値に基づいて姿勢模擬部駆動装置10により第1の回転型アクチュエータ8、第2の回転型アクチュエータ5および第3の回転型アクチュエータ3を駆動制御することにより宇宙機姿勢模擬部21を3自由度で回転駆動し、宇宙機の姿勢を模擬する。なお、搭載機器部1として光通信アンテナ等の指向軸回りの回転自由度が不要なものは、第3の回転型アクチュエータ3を固定してもよい。
The on-board equipment unit 1 is, for example, a telescope with a built-in camera, an optical communication antenna, or a radio wave antenna. Further, a
軌道模擬部架台17にリニアガイド15およびリニアアクチュエータ等の並進型アクチュエータ16が取り付けられ、並進型アクチュエータ16と直結したテーブル14上に被測定部13が搭載される。被測定部13は例えば星像等の模擬画像、光通信用レーザ光、通信用電波発生源である。宇宙機搭載系模擬装置11により宇宙機軌道指令値を生成し、その指令値に基づいて軌道模擬部駆動装置12により並進型アクチュエータ16を駆動制御することにより宇宙機軌道模擬部22を1自由度で並進駆動し、宇宙機の軌道を模擬する。なお、ここでは並進型アクチュエータ16としてリニアアクチュエータの例を示したが、モータとボールネジを組み合わせた構成、磁気浮上スライダー、あるいはエアスライダーでもよい。被測定部13〜軌道模擬部架台17で宇宙機軌道模擬部22が構成され、宇宙機軌道模擬部22は、宇宙機姿勢模擬部21と分離して上記基台23に固定して支持されている。
A
このような構成によれば、並進型アクチュエータ16により並進駆動される宇宙機軌道模擬部22を備えたことにより並進可動範囲を大きくでき、宇宙機運動模擬装置の機構部の小型化ができ、宇宙機軌道模擬部22と宇宙機姿勢模擬部21を分離することにより並進型アクチュエータ16の小型化、低消費電力化ができ、並進型アクチュエータ16と被測定部13を直結して駆動することにより軌道安定度を高くでき、回転型アクチュエータ3、5、8と搭載機器部1を直結して駆動することにより姿勢安定度を高くできる。
According to such a configuration, the translational movable range can be increased by providing the spacecraft
実施の形態2.
また、図1および図2においては、宇宙機軌道模擬部22と宇宙機姿勢模擬部21を分離した構成としているが、図3および図4で示すように、宇宙機軌道模擬部と宇宙機姿勢模擬部を一体型としてもよい。図3は実施の形態2による宇宙機運動模擬装置の側面を示す構成図である。図4は図3の上面を示す構成図である。実施の形態2の場合、宇宙機運動模擬装置は、宇宙機軌道模擬部25のテーブル14上に宇宙機姿勢模擬部24を搭載し、宇宙機軌道模擬部25と分離して基台23に固定支持された被測定部取り付け治具19により設置された被測定部13と正対する構成となる。
なお、各図おいて、同一符号は、同一又は相当部分を示すものとする。
1 and 2, the spacecraft
In each figure, the same numerals indicate the same or corresponding parts.
図3と図4において、テーブル14〜軌道模擬部架台17で、宇宙機軌道模擬部25を構成し、宇宙機軌道模擬部25は基台23に固定支持されている。宇宙機搭載系模擬装置11により宇宙機軌道指令値を生成し、その指令値に基づいて軌道模擬部駆動装置12により並進型アクチュエータ16を駆動制御することにより宇宙機軌道模擬部25を1自由度で並進駆動し、宇宙機の軌道を模擬する。
3 and 4, the table 14 to the orbit
搭載機器部1〜姿勢模擬部架台9及び軸受け18で宇宙機姿勢模擬部24を構成しており、宇宙機姿勢模擬部24は宇宙機軌道模擬部25のテーブル14に固定して支持されている。宇宙機搭載系模擬装置11により宇宙機姿勢指令値を生成し、その指令値に基づいて姿勢模擬部駆動装置10により第1の回転型アクチュエータ8、第2の回転型アクチュエータ5および第3の回転型アクチュエータ3を駆動制御することにより宇宙機姿勢模擬部24を3自由度で回転駆動し、宇宙機の姿勢を模擬する。
このように宇宙機軌道模擬部25と宇宙機姿勢模擬部24を一体構成すれば、宇宙機運動模擬装置は実際の宇宙機と一致した軌道運動および姿勢運動を模擬することができると共に、並進可動範囲が大きく、かつ軌道安定度および姿勢安定度の高い宇宙機運動模擬装置を得ることができる。
The spacecraft
If the spacecraft
実施の形態3.
また、図5および図6で示すように、宇宙機軌道模擬部25と宇宙機姿勢模擬部24を一体型とした宇宙機運動模擬装置を2台正対する構成としてもよい。図5は実施の形態3による宇宙機運動模擬装置の側面を示す構成図である。図6は図5の上面を示す構成図である。実施の形態3の場合、図3と図4で示した宇宙機運動模擬装置から、被測定部取り付け治具19と被測定部13を取り除いたものを2台を用意し、これらを基台23上に分離して、正対させる。
Further, as shown in FIGS. 5 and 6, two spacecraft motion simulation devices in which the spacecraft
このように宇宙機軌道模擬部25と宇宙機姿勢模擬部24を一体型とした宇宙機運動模擬装置を2台正対する構成にすれば、編隊飛行する宇宙機間通信の模擬、あるいは低高度周回軌道宇宙機間通信の模擬、あるいは低高度周回軌道宇宙機−静止宇宙機間通信の模擬を実現することができると共に、並進可動範囲が大きく、かつ軌道安定度および姿勢安定度の高い宇宙機運動模擬装置を得ることができる。
If two spacecraft motion simulators in which the
1 搭載機器部 2 第3の回転機構部
3 第3の回転型アクチュエータ 4 第2の回転機構部
5 第2の回転型アクチュエータ 6 カウンタウエイト
7 第1の回転機構部 8 第1の回転型アクチュエータ
9 姿勢模擬部架台 10 姿勢模擬部駆動装置
11 宇宙機搭載系模擬装置 12 軌道模擬部駆動装置
13 被測定部 14 テーブル、
15 リニアガイド 16 並進型アクチュエータ
17 軌道模擬部架台 18 軸受け、
19 被測定部取り付け治具 21 宇宙機姿勢模擬部
22 宇宙機軌道模擬部 23 基台
24 宇宙機姿勢模擬部 25 宇宙機軌道模擬部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
15
19 Measurement
Claims (3)
上記宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置、
リニアガイドおよび並進型アクチュエータにより支持されるテーブル上に被測定部が搭載されて、上記並進型アクチュエータにより並進駆動され、上記基台に上記宇宙機姿勢模擬部と分離して支持された宇宙機軌道模擬部、
上記宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置、及び、
上記姿勢模擬部駆動装置と上記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する上記宇宙機搭載系模擬装置を備え、
上記並進型アクチュエータと上記被測定部を直結して駆動し、上記回転型アクチュエータと上記搭載機器部を直結して駆動するようにしたことを特徴とした宇宙機運動模擬装置。 A first rotation type actuator directly connected to the first rotation mechanism, a second rotation type actuator incorporated in the first rotation mechanism and a second rotation mechanism supported by the bearing; A spacecraft attitude simulation unit supported by a base, including a third rotation type actuator incorporated in the rotation mechanism unit, and a mounting device unit directly connected to the third rotation type actuator via the third rotation mechanism unit ,
An attitude simulation unit driving apparatus for driving the spacecraft attitude simulation unit;
A spacecraft orbit in which a part to be measured is mounted on a table supported by a linear guide and a translational actuator, is translationally driven by the translational actuator, and is supported on the base separately from the spacecraft attitude simulation unit Simulation section,
A trajectory simulator driving device for driving the spacecraft trajectory simulator, and
Including the spacecraft on-board system simulator for instructing and controlling the attitude simulator driving device and the trajectory simulator driving device;
A spacecraft motion simulation apparatus characterized in that the translational actuator and the measured part are directly connected and driven, and the rotary actuator and the mounted device part are directly connected and driven.
上記宇宙機軌道模擬部を駆動する軌道模擬部駆動装置、
第1の回転機構部と直結した第1の回転型アクチュエータと、第1の回転機構部に組み込まれた第2の回転型アクチュエータと軸受けにより支持される第2の回転機構部と、第2の回転機構部に組み込まれた第3の回転型アクチュエータと、第3の回転機構部を介して第3の回転型アクチュエータと直結した搭載機器部を備え、上記宇宙機軌道模擬部の上記テーブルに固定して支持された宇宙機姿勢模擬部、
上記宇宙機姿勢模擬部を駆動する姿勢模擬部駆動装置、及び、
上記姿勢模擬部駆動装置と上記軌道模擬部駆動装置に指令し制御する上記宇宙機搭載系模擬装置を備え、
上記宇宙機軌道模擬部と上記宇宙機姿勢模擬部を一体型としたことを特徴とする宇宙機運動模擬装置。 A spacecraft trajectory simulator having a table supported by a linear guide and a translational actuator, which is translationally driven by the translational actuator and supported by a base;
A trajectory simulation unit driving device for driving the spacecraft trajectory simulation unit,
A first rotation type actuator directly connected to the first rotation mechanism, a second rotation type actuator incorporated in the first rotation mechanism and a second rotation mechanism supported by the bearing; A third rotation type actuator incorporated in the rotation mechanism unit, and a mounting device unit directly connected to the third rotation type actuator via the third rotation mechanism unit, and fixed to the table of the spacecraft orbit simulation unit Spacecraft attitude simulation unit,
An attitude simulator driving device for driving the spacecraft attitude simulator, and
Including the spacecraft on-board system simulator for instructing and controlling the attitude simulator driving device and the trajectory simulator driving device;
A spacecraft motion simulation apparatus, wherein the spacecraft trajectory simulation section and the spacecraft attitude simulation section are integrated.
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