CN114261543B - 一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法。所述航天器系统模拟器(2)通过4个多孔气足漂浮在气浮平台(1)上，所述气浮平台(1)周围放置有实验桁架(3)，所述实验桁架(3)的顶棚(14)中间设置模拟辅助对接装置(4)、模拟爬行桁架(5)和卫星模型(6)，所述实验桁架(3)的侧面设置装配实验区域(7)和静音空压机(20)。本发明用以解决现有技术无法模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配，以及现有技术无法模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响等问题。

Description

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法

技术领域

本发明属于空间技术技术领域，具体涉及一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统及其试验方法。

背景技术

随着空间技术研究的不断深入及发展，越来越多的航天器进入到太空中。航天器系统已由功能单一结构简单的航天器发展到功能多样结构复杂的航天器系统。然而这些航天器约有10％左右在发射或者入轨初期就已经失效，不仅浪费轨道资源，而且对其他航天器的安全造成威胁，并且多数航天器在设计时并未考虑到在轨升级的功能，一旦失效将造成巨大损失。因此，为了尽可能挽回由于卫星故障或者失效造成的损失，并保护轨道资源，在轨服务成为目前解决上述问题最行之有效的方案。各国正在研究以卫星维修、燃料加注、卫星延寿、模块更换、轨道清理、在轨组装等为目的复杂在轨操控技术。

在轨操控技术复杂、实现难度大，在轨实验成本高、周期长，因此在进行研究工作的时候需要借助地面的模拟装置进行充分实验，以验证在轨操控航天器系统的规划、控制等算法，验证可行之后才能进行发射并进行空间在轨实验。由于太空环境的特殊性，需要在地面对太空的失重环境进行模拟，增加了实验装置的复杂性。地面实验装置需要模拟太空的失重环境，目前比较成熟的方案通过自由落体法、气浮法、悬吊法、液浮法等方案以自由落体和抵消重力两种方式来模拟。国内外对此进行了大范围研究，自由落体法主要是落塔实验法、飞机抛物线飞行实验法等，抵消重力方案主要是平面气浮、气浮轴承等气浮方案，水下实验系统的液浮方案，以及一级、二级悬吊的吊丝配重方案。在众多试验方案中，需根据模拟对象的特点选择相应的实验方案。

发明内容

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，用以解决现有技术无法模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配，以及现有技术无法模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响等问题。

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，用以完成在轨组装、燃料加注、桁架结构爬行、目标识别及抓取与辅助对接的试验。

本发明提供一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，实现模拟器的定位及运动捕捉，辅助实现模拟器的规划及控制。

本发明通过以下技术方案实现：

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述地面试验平台包括气浮平台1、航天器系统模拟器2、实验桁架3、模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5、卫星模型6 和装配实验区域7，所述气浮平台1放置在若干个支撑柱25上，所述航天器系统模拟器2通过4个多孔气足漂浮在气浮平台1上，所述气浮平台1周围放置有实验桁架3，所述实验桁架3的顶棚14中间设置模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5和卫星模型6，所述实验桁架3的侧面设置装配实验区域7和静音空压机20。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2包括中心箱体8、机械臂9、多孔气足10、执行机构11和六维力传感器12，所述航天器系统模拟器 2底部装有4个多孔气足10，在气足固定在中心箱体8的底部，所述中心箱体8的侧面装有4个机械臂9，每个所述机械臂9的末端分别装有执行机构11和六维力传感器12。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2的中心箱体 8内装有控制器15和电源16，所述机械臂9的末端装有末端相机17。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述实验桁架3的顶棚14均布若干视觉相机13阵列，所述视觉相机13阵列用于运动捕捉。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述气浮平台1，用于太空微重力环境的模拟，抵消竖直方向的重力；

所述航天器系统模拟器2，用于模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配以及装配、抓捕动作对基座的影响，验证在轨操控航天器系统的规划或控制算法；

所述实验桁架3的顶棚14，用于安装模拟航天器移动、爬行、安装的蜂窝结构，悬吊辅助对接的空间目标，固定在轨操作的卫星模型目标，以及其四周安装有视觉相机阵列13，用于运动捕捉，侧面用于固定模拟在轨装配的空间结构；

所述模拟辅助对接装置4，用于模拟多臂航天器辅助空间目标的对接过程；

所述模拟爬行桁架5，用于模拟多臂航天器系统在其上的移动、爬行和装配过程；

所述卫星模型6，用于模拟卫星维修、燃料加注、模块更换、太阳帆板辅助展开等在轨操作过程；

所述装配实验区域7，用于模拟空间结构的在轨装配过程；

所述中心箱体8，用于固定多臂航天器系统的多个机械臂以及底部的气足支撑；

所述机械臂9，用于航天器系统在轨操作动作的实现以及规划、控制的算法的验证；

所述多孔气足10，用于抵消重力；

所述执行机构11，用于执行具体的操作任务；

所述六维力传感器12，用于测量机械臂在操作过程中力和力矩的大小；

所述支撑柱25，用于支撑大理石气浮平台并调节气浮平台的水平。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述地面试验系统包括中央控制系统 24、工控机23、在轨操控模拟目标22、供气系统21、静音空压机20、运动捕捉系统19、视觉处理系统18、末端相机17、控制器15和电源16；所述中央控制系统24分别与运动捕捉系统19和工控机23相连接，所述工控机23与航天器系统模拟器2中的航天器系统模拟系统相连接，所述航天器系统模拟器2中的航天器系统模拟系统分别与在轨操控模拟目标22、供气系统21和静音空压机20相连接。

所述航天器模拟系统用于控制中心箱体8、机械臂9、多孔气足10、执行机构11、六维力传感器12、末端相机17、控制器15和电源16；

所述在轨操控模拟目标22用于控制气浮平台1、实验桁架3、模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5、卫星模型6和装配实验区域7；

所述运动捕捉系统19包括视觉处理系统18和视觉相机13阵列，其中视觉处理系统18用于对视觉相机阵列收集到的信息进行处理，解算出来航天器系统实时位置信息和运动状态。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述中央控制系统24通过工控机23 控制航天器模拟系统，中央控制系统24所述工控机23控制机械臂9按照指令运动，所述机械臂9上的关节模组编码器、末端相机17、六维力传感器12将机械臂各关节模组的位置、速度和力矩信息以及末端六维力和位置信息经过工控机23返回给中央控制系统24；

所述视觉相机13阵列通过视觉处理系统18将航天器模拟系统2的运动信息反馈给中央控制系统24，

所述中央控制系统24综合航天器模拟系统返回信息、运动捕捉系统19的运动信息实现对航天器模拟系统的运动学与动力学的控制。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述控制器15，用于航天器系统模拟器的控制。

所述电源16，用于航天器系统模拟器的供电。

所述末端相机17，用于目标识别；

所述视觉处理系统18，用于对视觉相机阵列的信息进行处理，解算航天器系统模拟器的位置信息和运动状态；

所述运动捕捉系统19用于捕捉航天器系统模拟器的位置和运动状态；

所述静音空压机20，用于提供设定气压的气源；

所述供气系统21，用于分配气路，给气足供气；

所述在轨操控模拟目标22，用于在轨操控的模拟；

所述工控机23，用于建立中央控制单元与航天器系统模拟器的通讯接口及ethercat 主站，装有Linux实时操作系统，运行有ethercat主站程序；

所述中央控制系统24，集成有航天器模拟系统的任务规划程序、运动规划算法、运动学和动力学解算算法、机械臂控制算法等，根据任务需求，完成运动规划，综合处理传感器与运动捕捉系统的信息，并结合运动学和动力学解算，给出航天器系统模拟器的输出信号，控制航天器模拟器执行相应的动作。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，所述地面试验方法具体为：

打开静音空压机20，使得气罐气压达到0.8Mpa，通过供气系统21的气路将高压气体接入多孔气足10，使得航天器系统模拟器2能够自由漂浮在气浮平台1的大理石平面上；

视觉相机13阵列的视觉捕捉系统实时捕捉航天器系统模拟器2在气浮平台1上的运动信息并实时反馈给中央控制系统24；

中央控制系统24根据任务规划程序，进而得到航天器模拟系统及机械臂9的运动规划，通过运动学和动力学解算得到相应运动学和动力学参数，经过工控机23将控制指令下发给航天器模拟系统2，实现对航天器模拟系统2的运动学和动力学控制；

根据要执行的任务，航天器模拟系统2的机械臂9和执行机构11实现对桁架顶棚14中间的桁架结构抓取，并通过对航天器模拟系统2的控制实现其在气浮平台1上的自由移动，移动到相应的区域执行相应的任务。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，执行不同的任务具体为，当执行爬行任务，可在实验桁架3的顶棚14中间的模拟爬行桁架5区域实现，模拟航天器在大型空间结构表面的移动任务；

当执行模拟空间辅助对接任务，可爬行至模拟辅助对接装置4区域，通过目标识别和抓取实现对两个航天器辅助对接；

当执行卫星维护任务，可爬行至卫星模型6区域，实现对卫星模型6的模块更换及燃料加注等卫星维护任务的模拟；

当执行空间装配任务，需要通过爬行移动至装配实验区域7，通过航天器系统模拟器 2其中两个机械臂9固定位姿，另外两个机械臂9协同控制，实现对装配实验区域7空间结构的自主组装，包括零件的识别及抓取、安装孔位的识别与对准、螺丝的加持与紧固。

本发明的有益效果是：

本发明采用多臂协同操作完成更为复杂精细的操作。

本发明可以增加了工作空间，并且能模拟与目标的相对运动。

本发明可以模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配。

本发明可以模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

图2本发明的航天器系统模拟器结构示意图。

图3本发明的实验桁架的顶棚与视觉相机的位置关系示意图。

图4本发明的地面试验系统控制示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述地面试验平台包括气浮平台1、航天器系统模拟器2、实验桁架3、模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5、卫星模型6 和装配实验区域7，所述气浮平台1放置在若干个支撑柱25上，所述航天器系统模拟器2通过4个多孔气足漂浮在气浮平台1上，所述气浮平台1周围放置有实验桁架3，所述实验桁架3由四根立柱桁架和桁架顶棚14组成，所述实验桁架3的顶棚14中间设置模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5和卫星模型6，所述实验桁架3的侧面设置装配实验区域7和静音空压机20。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2包括中心箱体8、机械臂9、多孔气足10、执行机构11和六维力传感器12，所述航天器系统模拟器 2底部装有4个多孔气足10，在气足固定在中心箱体8的底部，所述中心箱体8的侧面装有4个机械臂9，每个所述机械臂9的末端分别装有执行机构11和六维力传感器12。

所述执行机构11为末端夹爪。

所述机械臂9为7自由度机械臂。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述航天器系统模拟器2的中心箱体 8内装有控制器15和电源16，所述机械臂9的末端装有末端相机17。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述实验桁架3的顶棚14均布若干视觉相机13阵列，所述视觉相机13阵列用于运动捕捉。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验平台，所述气浮平台1，用于太空微重力环境的模拟，抵消竖直方向的重力；使得航天器系统模拟器2能够“漂浮”在气浮平台1上；

所述航天器系统模拟器2，用于模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配以及装配、抓捕动作对基座的影响，验证在轨操控航天器系统的规划或控制算法；

所述实验桁架3的顶棚14，用于安装模拟航天器移动、爬行、安装的蜂窝结构，悬吊辅助对接的空间目标，固定在轨操作的卫星模型目标，以及其四周安装有视觉相机阵列13，用于运动捕捉，侧面用于固定模拟在轨装配的空间结构；

所述模拟辅助对接装置4，用于模拟多臂航天器辅助空间目标的对接过程；

所述模拟爬行桁架5，用于模拟多臂航天器系统在其上的移动、爬行和装配过程；

所述卫星模型6，用于模拟卫星维修、燃料加注、模块更换、太阳帆板辅助展开等在轨操作过程；

所述装配实验区域7，用于模拟空间结构的装配、拼接、拧螺丝与结构更换等在轨装配过程；

所述中心箱体8，用于固定多臂航天器系统的多个机械臂以及底部的气足支撑；

所述机械臂9，用于航天器系统在轨操作动作的实现以及规划、控制的算法的验证；

所述多孔气足10，用于抵消重力；

所述执行机构11，用于执行具体的操作任务；例如爬行位置固定、拧螺丝、加持部件、钻孔等；

所述六维力传感器12，用于测量机械臂在操作过程中力和力矩的大小；

所述支撑柱25，用于支撑大理石气浮平台并调节气浮平台的水平。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述地面试验系统包括中央控制系统 24、工控机23、在轨操控模拟目标22、供气系统21、静音空压机20、运动捕捉系统19、视觉处理系统18、末端相机17、控制器15和电源16；所述中央控制系统24分别与运动捕捉系统19和工控机23相连接，所述工控机23与航天器系统模拟器2中的航天器系统模拟系统相连接，所述航天器系统模拟器2中的航天器系统模拟系统分别与在轨操控模拟目标22、供气系统21和静音空压机20相连接。

所述航天器模拟系统用于控制中心箱体8、机械臂9、多孔气足10、执行机构11、六维力传感器12、末端相机17、控制器15和电源16；

所述在轨操控模拟目标22用于控制气浮平台1、实验桁架3、模拟辅助对接装置4、模拟爬行桁架5、卫星模型6和装配实验区域7；

所述运动捕捉系统19包括视觉处理系统18和视觉相机13阵列，其中视觉处理系统18用于对视觉相机阵列收集到的信息进行处理，解算出来航天器系统实时位置信息和运动状态。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述中央控制系统24通过工控机23 控制航天器模拟系统，中央控制系统24所述工控机23控制机械臂9按照指令运动，所述机械臂9上的关节模组编码器、末端相机17、六维力传感器12将机械臂各关节模组的位置、速度和力矩信息以及末端六维力和位置信息经过工控机23返回给中央控制系统24；

所述视觉相机13阵列通过视觉处理系统18将航天器模拟系统2的运动信息反馈给中央控制系统24，

所述中央控制系统24综合航天器模拟系统返回信息、运动捕捉系统19的运动信息实现对航天器模拟系统的运动学与动力学的控制。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，所述控制器15，用于航天器系统模拟器的控制。

所述电源16，用于航天器系统模拟器的供电。

所述末端相机17，用于目标识别；

所述视觉处理系统18，用于对视觉相机阵列的信息进行处理，解算航天器系统模拟器的位置信息和运动状态；

所述运动捕捉系统19用于捕捉航天器系统模拟器的位置和运动状态；

所述静音空压机20，用于提供设定气压的气源；

所述供气系统21，用于分配气路，给气足供气；

所述在轨操控模拟目标22，用于在轨操控的模拟；

所述工控机23，用于建立中央控制单元与航天器系统模拟器的通讯接口及ethercat 主站，装有Linux实时操作系统，运行有ethercat主站程序；

所述中央控制系统24，集成有航天器模拟系统的任务规划程序、运动规划算法、运动学和动力学解算算法、机械臂控制算法等，根据任务需求，完成运动规划，综合处理传感器与运动捕捉系统的信息，并结合运动学和动力学解算，给出航天器系统模拟器的输出信号，控制航天器模拟器执行相应的动作。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，所述地面试验方法具体为：

打开静音空压机20，使得气罐气压达到0.8Mpa，通过供气系统21的气路将高压气体接入多孔气足10，使得航天器系统模拟器2能够自由漂浮在气浮平台1的大理石平面上；

视觉相机13阵列的视觉捕捉系统实时捕捉航天器系统模拟器2在气浮平台1上的运动信息并实时反馈给中央控制系统24；

中央控制系统24根据任务规划程序，进而得到航天器模拟系统及机械臂9的运动规划，通过运动学和动力学解算得到相应运动学和动力学参数，经过工控机23将控制指令下发给航天器模拟系统2，实现对航天器模拟系统2的运动学和动力学控制；

根据要执行的任务，航天器模拟系统2的机械臂9和执行机构11实现对桁架顶棚14中间的桁架结构抓取，并通过对航天器模拟系统2的控制实现其在气浮平台1上的自由移动，移动到相应的区域执行相应的任务。

一种面向空间多臂航天器系统的地面试验方法，执行不同的任务具体为，当执行爬行任务，可在实验桁架3的顶棚14中间的模拟爬行桁架5区域实现，模拟航天器在大型空间结构表面的移动任务；

当执行模拟空间辅助对接任务，可爬行至模拟辅助对接装置4区域，通过目标识别和抓取实现对两个航天器辅助对接；

当执行卫星维护任务，可爬行至卫星模型6区域，实现对卫星模型6的模块更换及燃料加注等卫星维护任务的模拟；

当执行空间装配任务，需要通过爬行移动至装配实验区域7，通过航天器系统模拟器 2其中两个机械臂9固定位姿，另外两个机械臂9协同控制，实现对装配实验区域7空间结构的自主组装，包括零件的识别及抓取、安装孔位的识别与对准、螺丝的加持与紧固等。

现有的空间机器人地面模拟系统主要用于对单个机械臂的抓捕、运动规划、目标跟踪等的验证，常采用关节气足支撑、悬吊等方法来抵消重力，如中国的空间站机械臂是采用在三个关节处加装支撑气足实现对机械臂重力的抵消。对于目前的复杂空间任务，单臂已经难以满足要求，多臂协同操作完成更为复杂精细的操作是主要方向。而类似空间站机械臂的对于关节进行气足支撑的方案在竖直方向上没有自由度，限制了对精细操作的模拟；现有的双臂协作机器人模拟系统，主要用来模拟在轨装配、协同抓捕等，但主要是固定在地面或者台面上，基座固定，限制了工作空间，并且无法模拟与目标的相对运动；现有的地面实验方案，对于双臂协作精细操作，有采用两个大型工业机械臂将空间机器人和目标分别托举在空中，解决了相对运动模拟，但是无法模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配，无法模拟在失重环境下装配、抓捕等动作对基座的影响。

本发明基于气浮技术来模拟失重，在气浮台的上方及四周安装有模拟在轨操控的实验桁架结构及卫星模型，模拟器可完成在轨组装、燃料加注、桁架结构爬行、目标识别及抓取、辅助对接等实验；在桁架结构的上安装有若干视觉相机，可实现模拟器的定位及运动捕捉，辅助实现模拟器的控制及规划。

Claims (9)

1.一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述地面试验系统包括气浮平台（1）、航天器系统模拟器（2）、实验桁架（3）、模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）、卫星模型（6）和装配实验区域（7），所述气浮平台（1）放置在若干个支撑柱（25）上，所述航天器系统模拟器（2）包括中心箱体（8）、机械臂（9）、执行机构（11）和六维力传感器（12），4个多孔气足（10）固定在中心箱体（8）的底部，所述中心箱体（8）的侧面装有4个机械臂（9），每个所述机械臂（9）的末端分别装有执行机构（11）和六维力传感器（12），所述航天器系统模拟器（2）通过4个多孔气足漂浮在气浮平台（1）上，所述气浮平台（1）周围放置有实验桁架（3），所述实验桁架（3）的顶棚（14）中间设置模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）和卫星模型（6），所述实验桁架（3）的侧面设置装配实验区域（7）和静音空压机（20）。

2.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述航天器系统模拟器（2）的中心箱体（8）内装有控制器（15）和电源（16），所述机械臂（9）的末端装有末端相机（17）。

3.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述实验桁架（3）的顶棚（14）均布若干视觉相机阵列（13），所述视觉相机阵列（13）用于运动捕捉。

4.根据权利要求1所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述气浮平台（1），用于太空微重力环境的模拟，抵消竖直方向的重力；

所述航天器系统模拟器（2），用于模拟多臂航天器系统在空间中的移动、爬行、对大型空间结构装配以及装配、抓捕动作对基座的影响，验证在轨操控航天器系统的规划或控制算法；

所述实验桁架（3）的顶棚（14），用于安装模拟航天器移动、爬行、安装的蜂窝结构，悬吊辅助对接的空间目标，固定在轨操作的卫星模型目标，以及其四周安装有视觉相机阵列（13），用于运动捕捉，侧面用于固定模拟在轨装配的空间结构；

所述模拟辅助对接装置（4），用于模拟多臂航天器辅助空间目标的对接过程；

所述模拟爬行桁架（5），用于模拟多臂航天器系统在其上的移动、爬行和装配过程；

所述卫星模型（6），用于模拟卫星维修、燃料加注、模块更换、太阳帆板辅助展开的在轨操作过程；

所述装配实验区域（7），用于模拟空间结构的在轨装配过程；

所述中心箱体（8），用于固定多臂航天器系统的多个机械臂以及通过底部的气足支撑；

所述机械臂（9），用于航天器系统在轨操作动作的实现以及规划、控制的算法的验证；

所述多孔气足（10），用于抵消重力；

所述执行机构（11），用于执行具体的操作任务；

所述六维力传感器（12），用于测量机械臂在操作过程中力和力矩的大小；

所述支撑柱（25），用于支撑并调节气浮平台的水平。

5.一种根据权利要求1-4任一所述面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述地面试验系统包括中央控制系统（24）、工控机（23）、在轨操控模拟目标（22）、供气系统（21）、静音空压机（20）、运动捕捉系统（19）、视觉处理系统（18）、末端相机（17）、控制器（15）和电源（16）；所述中央控制系统（24）分别与运动捕捉系统（19）和工控机（23）相连接，所述工控机（23）与航天器系统模拟器（2）中的航天器系统模拟系统相连接，所述航天器系统模拟器（2）中的航天器模拟系统分别与在轨操控模拟目标（22）、供气系统（21）和静音空压机（20）相连接；

所述航天器模拟系统用于控制中心箱体（8）、机械臂（9）、多孔气足（10）、执行机构（11）、六维力传感器（12）、末端相机（17）、控制器（15）和电源（16）；

所述在轨操控模拟目标（22）用于控制气浮平台（1）、实验桁架（3）、模拟辅助对接装置（4）、模拟爬行桁架（5）、卫星模型（6）和装配实验区域（7）；

所述运动捕捉系统（19）包括视觉处理系统（18）和视觉相机阵列（13），其中视觉处理系统（18）用于对视觉相机阵列收集到的信息进行处理，解算出来航天器系统实时位置信息和运动状态。

6.根据权利要求5所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述中央控制系统（24）通过工控机（23）控制航天器模拟系统，中央控制系统（24）所述工控机（23）控制机械臂（9）按照指令运动，所述机械臂（9）上的关节模组编码器、末端相机（17）、六维力传感器（12）将机械臂各关节模组的位置、速度和力矩信息以及末端六维力和位置信息经过工控机（23）返回给中央控制系统（24）；

所述视觉相机阵列（13）通过视觉处理系统（18）将航天器系统模拟器（2）的运动信息反馈给中央控制系统（24），

所述中央控制系统（24）综合航天器模拟系统返回信息、运动捕捉系统（19）的运动信息实现对航天器模拟系统的运动学与动力学的控制。

7.根据权利要求6所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统，其特征在于，所述控制器（15），用于航天器系统模拟器的控制；

所述电源（16），用于航天器系统模拟器的供电；

所述末端相机（17），用于目标识别；

所述视觉处理系统（18），用于对视觉相机阵列的信息进行处理，解算航天器系统模拟器的位置信息和运动状态；

所述运动捕捉系统（19）用于捕捉航天器系统模拟器的位置和运动状态；

所述静音空压机（20），用于提供设定气压的气源；

所述供气系统（21），用于分配气路，给气足供气；

所述在轨操控模拟目标（22），用于在轨操控的模拟；

所述工控机（23），用于建立中央控制单元与航天器系统模拟器的通讯接口及ethercat主站，装有Linux实时操作系统，运行有ethercat主站程序；

所述中央控制系统（24），集成有航天器模拟系统的任务规划程序、运动规划算法、运动学和动力学解算算法、机械臂控制算法，根据任务需求，完成运动规划，综合处理传感器与运动捕捉系统的信息，并结合运动学和动力学解算，给出航天器系统模拟器的输出信号，控制航天器模拟器执行相应的动作。

8.一种如权利要求5所述面向空间多臂航天器系统的地面试验系统的试验方法，其特征在于，所述试验方法具体为：

打开静音空压机（20），使得气罐气压达到0.8Mpa，通过供气系统（21）的气路将高压气体接入多孔气足（10），使得航天器系统模拟器（2）能够自由漂浮在气浮平台（1）的大理石平面上；

视觉相机阵列（13）的视觉捕捉系统实时捕捉航天器系统模拟器（2）在气浮平台（1）上的运动信息并实时反馈给中央控制系统（24）；

中央控制系统（24）根据任务规划程序，进而得到航天器模拟系统及机械臂（9）的运动规划，通过运动学和动力学解算得到相应运动学和动力学参数，经过工控机（23）将控制指令下发给航天器系统模拟器（2），实现对航天器系统模拟器（2）的运动学和动力学控制；

根据要执行的任务，航天器模拟系统的机械臂（9）和执行机构（11）实现对桁架顶棚（14）中间的桁架结构抓取，并通过对航天器系统模拟器（2）的控制实现其在气浮平台（1）上的自由移动，移动到相应的区域执行相应的任务。

9.根据权利要求8所述一种面向空间多臂航天器系统的地面试验系统的试验方法，其特征在于，执行不同的任务具体为，当执行爬行任务，可在实验桁架（3）的顶棚（14）中间的模拟爬行桁架（5）区域实现，模拟航天器在大型空间结构表面的移动任务；

当执行模拟空间辅助对接任务，可爬行至模拟辅助对接装置（4）区域，通过目标识别和抓取实现对两个航天器辅助对接；

当执行卫星维护任务，可爬行至卫星模型（6）区域，实现对卫星模型（6）的模块更换及燃料加注的卫星维护任务的模拟；

当执行空间装配任务，需要通过爬行移动至装配实验区域（7），通过航天器系统模拟器（2）其中两个机械臂（9）固定位姿，另外两个机械臂（9）协同控制，实现对装配实验区域（7）空间结构的自主组装，包括零件的识别及抓取、安装孔位的识别与对准、螺丝的加持与紧固。

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