CN114194424A - 一种卫星抓手重力卸载装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卫星抓手重力卸载装置及其使用方法。所述装置包括：吊装支撑盘，被配置为与所述卫星保持同步回转运动；绳索张紧控制装置，位于所述吊装支撑盘的回转中心轴线上，被配置为张紧绳索组件的一端绳索；绳索组件，包括绳索，其一端连接所述绳索张紧控制装置，另一端连接卫星抓手；导向组件，其与所述吊装支撑盘连接，包括相配合的导向件和导轨，所述绳索的中段绕经所述导向件，所述导向件被配置为根据所述卫星抓手的位置移动，使得自所述导向件至所述卫星抓手段的绳索保持竖直。本发明能够实现卫星抓手多指单元在地面进行装配及操作模拟过程中的重力卸载任务，完全模拟微重力条件下的测试工作，结构轻便，操作性好。

Description

一种卫星抓手重力卸载装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种航天卫星抓手重力卸载装置地面实验领域，更具体涉及一种卫星抓手重力卸载装置及其使用方法。

背景技术

随着空间探索的常态化，航天器地面仿真、验证实验工作任务越来越多，需模拟或创造出微重力条件，验证卫星部件在微重力工作环境中的技术可靠性。

悬吊方法是一种常用的航天器零部件重力卸载方法，通过张紧的细绳给零部件施加一个通过其质心的集中力来抵消重力作用。相较于其他的航天器重力卸载技术，悬吊方法具有结构简单、经济性好、环境适应性较强等优点，尤其是涉及零部件的复杂空间运动时，采用张紧细绳索的悬吊方法由于空间受限小更具优势。在空间卫星上采用的很多类型的展开结构，例如多指抓手、轻型机械臂、天线机构等。

现有的大多悬吊式系统，以完全被动方式为主，响应速度及卸载效率还存在不足，缺乏面向可展开机构复杂空间运动的主被动复合型高适应性重力卸载技术及装备的研究。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种卫星抓手重力卸载装置及其使用方法，以能够实现卫星抓手多指单元在地面进行装配及操作模拟过程中的重力卸载任务，完全模拟微重力条件下的测试工作，使得结构轻便，操作性好。

本发明首先提出一种卫星抓手重力卸载装置，所述装置包括：

吊装支撑盘，被配置为与所述卫星保持同步回转运动；

绳索张紧控制装置，位于所述吊装支撑盘的回转中心轴线上，被配置为张紧绳索组件的一端绳索；

绳索组件，包括绳索，其一端连接所述绳索张紧控制装置，另一端连接卫星抓手；

导向组件，其与所述吊装支撑盘连接，包括相配合的导向件和导轨，所述绳索的中段绕经所述导向件，所述导向件被配置为根据所述卫星抓手的位置移动，使得自所述导向件至所述卫星抓手段的绳索保持竖直。

根据本发明的一种实施方式，所述导向件和所述导轨为滑动配合；优选地，所述导向组件还包括驱动元件，所述驱动元件根据所述卫星抓手的位置驱动所述导向件移动。

根据本发明的一种实施方式，所述导轨为沿所述吊装支撑盘径向的直线导轨。

根据本发明的一种实施方式，所述绳索组件还包括吊装部分，所述吊装部分包括平衡杆和两端的吊绳，所述绳索连接所述平衡杆的中心，两端的所述吊绳分别连接卫星抓手的两侧关节。

根据本发明的一种实施方式，所述绳索张紧控制装置包括控制器、伺服电机和绳索收紧转轮，被配置为根据所述控制器向所述伺服电机发送的控制指令使得所述伺服电机带动所述绳索收紧转轮转动以收放绳索。

根据本发明的一种实施方式，所述装置还包括测力传感器，被配置为测量所述绳索的张紧力，所述绳索张紧控制装置根据所述测力传感器测得的值调节所述绳索的张力至设定值；优选地，所述吊装支撑盘在位于所述导轨的位置设有缺口，以便穿过所述绳索。

根据本发明的一种实施方式，所述装置沿圆周方向设有一组所述绳索组件，所述绳索组件被配置为吊装卫星的不同抓手手指单元，每个绳索组件对应设置相应的导向组件。

本发明还提出一种根据所述的卫星抓手重力卸载装置的使用方法，所述方法包括：

设置与卫星同步回转的绳索组件和导向组件，通过位于卫星中心轴线的绳索张紧控制装置张紧绳索组件的一端，通过导向组件导向绳索组件使得连接卫星抓手的绳索相应卫星抓手的运动而移动，从而保持对手指单元的重力平衡。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过绳索张紧控制装置根据测得的绳索上的张力调节绳索的张紧力至设定值。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

将导向组件的导向件的移动设定为以卫星的回转中心轴为中心的径向滑动。

本发明设置与卫星同步回转的绳索组件和导向组件，通过位于卫星中心轴线的绳索张紧控制装置张紧绳索组件的一端，通过导向组件导向绳索组件使得连接卫星抓手的绳索相应卫星抓手的运动而移动，从而保持对手指单元的重力平衡，整体结构简单轻便，操作性好，能够实现卫星抓手多指单元在地面进行装配及操作模拟过程中的重力卸载任务，完全模拟微重力条件下的测试工作。

附图说明

图1为本发明一实施例机械装置的总装结构示意图；

附图标号：1-吊装支撑盘；2-绳索张紧控制装置；3绳索组件；4-导向件；5-导轨；6-绳索；7-测力传感器；8-平衡杆；9-吊绳；10-卫星抓手；11-驱动元件。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明通过吊装的方式设置与卫星同步回转的绳索组件和导向组件，绳索组件连接卫星抓手的抓手单元，通过位于卫星中心轴线的绳索张紧控制装置张紧绳索组件的一端，通过导向组件导向绳索组件使得连接卫星抓手的绳索相应卫星抓手的运动而移动，从而保持对手指单元的重力平衡。

如图1所示，本发明实施方式提出一种卫星抓手重力卸载装置，所述装置包括：

吊装支撑盘1，被配置为与所述卫星保持同步回转运动；

绳索张紧控制装置2，位于所述吊装支撑盘的回转中心轴线上，被配置为张紧绳索组件的一端绳索；

绳索组件3，包括绳索6，其一端连接绳索张紧控制装置2，另一端连接卫星抓手10；

导向组件，其与吊装支撑盘连接，包括相配合的导向件4和导轨5，绳索6的中段绕经导向件4，导向件4被配置为根据卫星抓手10的位置移动，使得自导向件4至卫星抓手10段的绳索6保持竖直。

根据本发明的一种实施方式，导向件4和导轨5为滑动配合，导向件可以是滑块等结构，导轨为滑轨。

导向件4和导轨5也可为滚动配合，导向件4可以是轮结构，在导轨5上滚动移动。

进一步地，吊装支撑盘1在位于导轨5的对应位置设有缺口，以便穿过绳索6。

导向组件可设置在吊装支撑盘1的上盘面，也可设置在吊装支撑盘1的下盘面。

导向件4的移动可由导向组件本身控制驱动器运动，也可通过其他组件对其驱动，也可通过手动驱动。

装置可在卫星抓手上设置位移传感器，或设置遥感位移传感器，以检测卫星抓手的位移，导向组件可进一步包括控制单元，接收位移信号并控制驱动元件对导向件开展适当的驱动运动。

进一步地，导向组件还可包括驱动元件11，驱动元件11接受控制单元的移动指令，根据卫星抓手10的位置驱动导向件4移动，从而使得导向件4与卫星抓手10的竖向位置对应，也就是能够保障自导向件4至卫星抓手10段的绳索6保持竖直，起到对手指单元重力平衡的作用。驱动元件可以是电机等常用驱动元件。

一般来说，卫星抓手10的手指单元为直线状，其通常绕卫星中心轴伸屈，因此为了使得吊装的绳索与其保持竖向相应的位置，导轨4可为沿吊装支撑盘1径向设置的直线导轨。当然也可根据卫星抓手的形状及运动特性适当调整导轨的形状及布置方向。

根据本发明的一种实施方式，为了更好地保证卫星抓手的稳定，绳索组件3还包括吊装部分，吊装部分包括平衡杆8和两端的吊绳9，绳索6连接所述平衡杆8的中心，两端的吊绳9分别连接卫星抓手的两侧关节。

根据本发明的一种实施方式，绳索张紧控制装置2包括控制器、伺服电机和绳索收紧转轮，被配置为根据所述控制器向所述伺服电机发送的控制指令使得所述伺服电机带动所述绳索收紧转轮转动以收放绳索，从而保持绳索上的拉力稳定。控制器、伺服电机和绳索收紧转轮均可采用现有技术实现，此处不再赘述。

根据本发明的一种实施方式，装置还包括测力传感器7，被配置为测量绳索6的张紧力，测力传感器7可设置在绳索6上。绳索张紧控制装置2根据测力传感器7测得的值调节绳索6的张力至设定值。

根据本发明的一种实施方式，为了对卫星抓手的每个手指单元都进行重力卸载，装置沿圆周方向设有一组绳索组件，绳索组件3被配置为吊装卫星的不同抓手手指单元，每个绳索组件3对应设置相应的导向组件，从而由绳索张紧控制装置2控制各个绳索组件的张紧，由每个导向组件控制导向件的移动。

本发明还提出一种根据所述的卫星抓手重力卸载装置的使用方法，所述方法主要包括：

设置与卫星同步回转的绳索组件3和导向组件，通过位于卫星中心轴线的绳索张紧控制装置2张紧绳索组件3的一端，通过导向组件导向绳索组件3使得连接卫星抓手10的绳索6相应卫星抓手10的运动而移动，从而保持对手指单元的重力平衡。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

通过绳索张紧控制装置2根据测得的绳索上的张力调节绳索6的张紧力至设定值。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括：

将导向组件的导向件4的移动设定为以卫星的回转中心轴为中心的径向滑动。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所涉及的卫星抓手重力卸载机构，应用于空间卫星抓手的地面装配和模拟操作试验中，保障了多指单元的微重力工作条件；且本机构采用悬吊方法，具有结构简单、设计成本低、适应复杂空间运动等优点，可以广泛应用于多种类似的空间卫星用可展开机构的收紧\张开试验过程中的微重力条件模拟任务。

实施例

结合图1所示，一种用于空间卫星抓手多指部件进行地面装配及操作模拟试验的重力卸载装置，主要包括吊装支撑盘1、绳索张紧控制装置2、与卫星抓手多个手指单元一一对应的单指重力卸载单元。

单指重力卸载单元3包括导向件4、精密直线导轨5、绳索6、绳上测力传感器7、平衡杆8和平衡杆8上两端的吊绳9。

绳索6的下端与平衡杆8的中心连接，绳上测力传感器7能够实时测定绳索上的张紧拉力，绳索6穿过导向件4后末端收紧于绳索张紧控制装置2，可忽略绳索与其他机构表面之间的滑动摩擦力。

导向件4安装在精密直线导轨5上，形成一个直线电机滑台模组，成为一个受控的直线运动机构，可忽略摩擦沿导轨运动；直线电机滑台模组固定安装在吊装支撑盘1内。导向件在电机控制系统的驱动下沿导轨精密运动，

平衡杆8通过两端的吊绳9连接同一手指单元的两处关节吊点，实现对一个手指单元的吊挂。

吊装支撑盘1与空间卫星体10均安装在卫星地面试验支撑机构上，两者保持完全同步的回转运动关系。

绳索张紧控制装置2也安装在卫星地面试验吊装机构上，在手指关节运动过程中，会根据绳上测力传感器7测定的绳索张紧拉力数据来自动化收放调节绳索6以保证绳上张紧拉力与系统给定参量一致。

在进行卫星的地面模拟试验时，卫星抓手的各个手指单元由驱动系统控制其攥紧和张开运动；此时，每指用的重力卸载单元为一个无摩擦工作系统，平衡杆8和绳索6都会跟随手指单元关节进行运动，而导向件4的运动控制参数则根据手指单元关节运动参数来确定，在运动过程中保持对手指单元的重力平衡。

进一步地，当卫星抓手中包括多个手指单元，均匀分布在卫星体周围的时候，上述每指重力卸载机构都可以对应一个手指单元；所有重力卸载机构可以根据手指单元的攥紧或张开运动状态同步操作实现重力卸载的效果。

需要说明的是，在本文中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中实施例的各零部件、装置都是可以有所变化的，各实施方式都可根据需要进行组合或删减，附图中并非所有部件都是必要设置，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述装置包括：

吊装支撑盘，被配置为与所述卫星保持同步回转运动；

绳索张紧控制装置，位于所述吊装支撑盘的回转中心轴线上，被配置为张紧绳索组件的一端绳索；

绳索组件，包括绳索，其一端连接所述绳索张紧控制装置，另一端连接卫星抓手；

导向组件，其与所述吊装支撑盘连接，包括相配合的导向件和导轨，所述绳索的中段绕经所述导向件，所述导向件被配置为根据所述卫星抓手的位置移动，使得自所述导向件至所述卫星抓手段的绳索保持竖直。

2.根据权利要求1所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述导向件和所述导轨为滑动配合；优选地，所述导向组件还包括驱动元件，所述驱动元件根据所述卫星抓手的位置驱动所述导向件移动。

3.根据权利要求1或2所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述导轨为沿所述吊装支撑盘径向的直线导轨。

4.根据权利要求1或2所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述绳索组件还包括吊装部分，所述吊装部分包括平衡杆和两端的吊绳，所述绳索连接所述平衡杆的中心，两端的所述吊绳分别连接卫星抓手的两侧关节。

5.根据权利要求1或2所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述绳索张紧控制装置包括控制器、伺服电机和绳索收紧转轮，被配置为根据所述控制器向所述伺服电机发送的控制指令使得所述伺服电机带动所述绳索收紧转轮转动以收放绳索。

6.根据权利要求1或2所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述装置还包括测力传感器，被配置为测量所述绳索的张紧力，所述绳索张紧控制装置根据所述测力传感器测得的值调节所述绳索的张力至设定值；优选地，所述吊装支撑盘在位于所述导轨的位置设有缺口，以便穿过所述绳索。

7.根据权利要求1或2所述的卫星抓手重力卸载装置，其特征在于，所述装置沿圆周方向设有一组所述绳索组件，所述绳索组件被配置为吊装卫星的不同抓手手指单元，每个绳索组件对应设置相应的导向组件。

8.一种根据权利要求1至7任一项所述的卫星抓手重力卸载装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括：

设置与卫星同步回转的绳索组件和导向组件，通过位于卫星中心轴线的绳索张紧控制装置张紧绳索组件的一端，通过导向组件导向绳索组件使得连接卫星抓手的绳索相应卫星抓手的运动而移动，从而保持对手指单元的重力平衡。

9.根据权利要求8所述的卫星抓手重力卸载装置的使用方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过绳索张紧控制装置根据测得的绳索上的张力调节绳索的张紧力至设定值。

10.根据权利要求8或9所述的卫星抓手重力卸载装置的使用方法，其特征在于，所述方法还包括：

将导向组件的导向件的移动设定为以卫星的回转中心轴为中心的径向滑动。

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