CN115686053B - 负载姿态调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载姿态调节装置及方法，该装置包括：承载及调节单元，用于承载负载，并带动负载在多自由度方向上调节姿态；传感器单元，实时监测负载的姿态信息；驱动单元，驱动承载及调节单元移动；控制单元，根据驱动控制指令控制驱动单元驱动承载及调节单元移动，以调节负载的姿态，并根据负载的实时姿态信息修正驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制驱动单元修正承载及调节单元的移动动作，以修正负载的姿态。本发明能够控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，根据负载的实时姿态信息对负载调节过程进行闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

Description

负载姿态调节装置及方法

技术领域

本发明涉及负载装配技术领域，尤其是涉及一种负载姿态调节装置及方法。

背景技术

目前，对于负载，如卫星负载的装配，在装配过程中需要不断调节负载的姿态，使负载以合适的姿态匹配待安装的部位，从而确保负载稳定安装在目标位置，顺利完成负载的装配。

然而，目前的装配工艺相对落后，使用的装配设备体积大，不易操作，且智能化和机械化程度不高，主要是依靠人工来操作装配设备来进行负载的装配，导致装配效率低，且目前的装配设备在操作时，其对负载的调整维度比较单一，往往只能在特定的一两个方向进行平移，无法实现负载的多维度调节，导致负载姿态调节不够精准，进而使得装配精度不高。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的上述技术问题的至少之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种负载姿态调节装置，该装置能够控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，根据负载的实时姿态信息对负载调节过程进行闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

为此，本发明的另一个目的在于提出一种负载姿态调节方法。

为了解决上述问题，本发明第一方面实施例提出一种负载姿态调节装置，包括：承载及调节单元，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态；传感器单元，用于实时监测所述负载的姿态信息；驱动单元，用于驱动所述承载及调节单元移动；控制单元，用于生成驱动控制指令，并根据所述驱动控制指令控制所述驱动单元驱动所述承载及调节单元移动，以调节所述负载的姿态，并接收所述传感器单元发送的所述负载的姿态信息，根据所述姿态信息修正所述驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制所述驱动单元修正所述承载及调节单元的移动动作，以修正所述负载的姿态，其中，所述驱动控制指令包括所述承载及调节单元需要移动的距离。

根据本发明实施例的负载姿态调节装置，可根据驱动控制指令控制驱动单元来驱动承载及调节单元移动，由承载及调节单元来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

另外，根据本发明上述实施例的负载姿态调节装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述控制单元用于根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成所述驱动控制指令，具体包括：

其中，为所述承载及调节单元需要移动的距离，为所述负载平移位置期待值，（α、β、γ）为所述负载转动角度期待值，负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，承载及调节单元对应的坐标系为O_ciX_ciY_ciZ_ci，O_ci在负载本体坐标系中对应的位置为。

在本发明的一个实施例中，所述承载及调节单元，包括：承载平台，用于承载所述负载；连接在所述承载平台的用于支撑和调节所述承载平台姿态的多个支撑及调节部件，多个所述支撑及调节部件可独立或联动运行，每个所述支撑及调节部件独立运行可驱动所述承载平台沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个平移，多个所述支撑及调节部件联动运行可驱动所述承载平台沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个旋转。

在本发明的一个实施例中，所述承载平台具有多个边角，多个所述支撑及调节部件一一对应连接在所述多个边角处。

在本发明的一个实施例中，所述支撑及调节部件包括：分别对应于X轴、Y轴和Z轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，其中，所述控制单元根据所述驱动控制指令，控制所述驱动单元驱动所述电机旋转以带动对应的所述丝杠沿所述导轨模块进行运动，以使所述支撑及调节部件对应进行X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

在本发明的一个实施例中，还包括：人机交互单元，用于提供人机交互界面，所述人机交互界面包括输入模块，所述输入模块用于接收用户输入的目标姿态信息，其中，所述目标姿态信息包括所述负载平移位置期待值和负载转动角度期待值。

在本发明的一个实施例中，所述人机交互界面还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述负载的姿态信息、所述承载及调节单元的运行状态信息、所述驱动单元的运行状态信息、所述控制单元的运行状态信息及所述负载姿态调节装置的故障信息及运行日志中的至少一个。

在本发明的一个实施例中，还包括：手动调节单元，所述手动调节单元连接所述承载及调节单元，用于根据用户输入的手动调节操作来控制所述承载及调节单元移动，以带动所述负载调节姿态。

在本发明的一个实施例中，所述手动调节单元包括操作手柄。

在本发明的一个实施例中，所述承载平台被配置为可承载至少5吨的负载重量。

在本发明的一个实施例中，所述负载包括卫星。

为了解决上述问题，本发明第二方面实施例提出一种负载姿态调整方法，包括以下步骤：生成驱动控制指令；根据所述驱动控制指令控制驱动单元驱动承载及调节单元移动，以调节负载的姿态，其中，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态；接收传感器单元实时监测的所述负载的姿态信息，根据所述姿态信息修正所述驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制所述驱动单元修正所述承载及调节单元的移动动作，以修正所述负载的姿态，其中，所述驱动控制指令包括所述承载及调节单元需要移动的距离。

根据本发明实施例的负载姿态调节方法，可根据驱动控制指令控制驱动单元来驱动承载及调节单元移动，由承载及调节单元来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的负载姿态调节装置的结构构成示意框图。

图2是根据本发明一个实施例的生成控制驱动指令的坐标原理示意图；

图3是根据本发明一个实施例的承载及调节单元的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的支撑及调节部件的结构示意框图；

图5是根据本发明一个具体实施例的承载及调节单元的结构示意图；

图6是根据本发明一个具体实施例的负载姿态调节装置的驱动原理示意图；

图7是根据本发明一个实施例的负载姿态调节方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。

下面参考图1-图7描述根据本发明实施例的负载姿态调节装置及方法。

图1是根据本发明一个实施例的负载姿态调节装置的结构构成示意框图。如图1所示，该负载姿态调节装置100包括：承载及调节单元110、传感器单元120、驱动单元130和控制单元140。

具体的，承载及调节单元110，承载及调节单元110用于承载负载，并可沿多自由度方向移动，以带动负载在多自由度方向上调节姿态。

具体而言，即负载可放置于承载及调节单元110上，承载及调节单元110可承载负载，当承载及调节单元110沿多自由度方向移动时，可带动其上的负载在多自由度上移动，进而调节负载的姿态。其中，多自由度方向指三维空间内的多个方向，如但不限于X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、横滚方向、俯仰方向、偏航方向中的一个或多个。从而，承载及调节单元110能够带动负载在多自由度方向上运动，进而在多自由度方向上调节负载的姿态，利于从而提高负载姿态调节的丰富程度和调节精度，并可以提高负载姿态调节的适用性。

传感器单元120用于实时监测负载的姿态信息。

具体而言，传感器单元120可设置在负载上或者设置在承载及调节单元110上，用于实时检测负载或承载及调节单元110的运动状态，从而得到负载的姿态信息，或者得到承载及调节单元110的姿态信息，可以理解的是，负载是跟随承载及调节单元110的运动而运动的，因而承载及调节单元110运动形成的姿态信息与负载跟随运动形成的姿态信息一致，由此，可通过承载及调节单元110的状态信息得到负载的姿态信息。在具体实施例中，传感器单元120例如包括倾角传感器，即通过倾角传感器来实时监测负载的姿态信息。

驱动单元130用于驱动承载及调节单元110移动。具体而言，即驱动单元130在工作时驱动承载及调节单元110移动，进而带动承载及调节单元110上的负载移动，实现对负载的姿态调节。

控制单元140用于生成驱动控制指令，并根据驱动控制指令控制驱动单元130驱动承载及调节单元110移动，以调节负载的姿态，并接收传感器单元120发送的负载的姿态信息，根据姿态信息修正驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制驱动单元130修正承载及调节单元110的移动动作，以修正负载的姿态，其中，驱动控制指令包括承载及调节单元110需要移动的距离。

具体而言，即控制单元140可生产驱动控制指令，该指令中包括了承载及调节单元110需要移动的距离，也即负载需要移动的距离，根据承载及调节单元110需要移动的距离来控制驱动单元130，使驱动单元130驱动承载及调节单元110移动，具体是按照该需要移动的距离来进行移动，从而带动负载按照该距离来移动，使负载向目标位置移动，以调节负载的姿态。进一步地，在调节负载的姿态的过程中，控制单元140还接收传感器单元120实时监测并反馈的负载的姿态信息，并根据该姿态信息来修改驱动控制指令，具体是修正承载及调节单元110需要移动的距离，根据修正后的距离值（修正后的承载及调节单元110需要移动的距离）来控制驱动单元130，使驱动单元130按照修正后的距离值来驱动承载及调节单元110移动，进而修正承载及调节单元110的移动动作，实现对负载姿态的修正，从而通过传感器单元120向控制单元140反馈负载的实时姿态信息，对负载的姿态调节过程进行闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。并且调节过程中无需人工收到操作调节，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率。

从而，上述的负载姿态调节装置100，可根据驱动控制指令控制驱动单元130来驱动承载及调节单元110移动，由承载及调节单元110来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元120反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元110的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

在本发明的一个实施例中，控制单元140根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成驱动控制指令，具体包括：

其中，为承载及调节单元110需要移动的距离，为负载平移位置期待值，（α、β、γ）为负载转动角度期待值，负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，承载及调节单元110对应的坐标系为O_bX_bY_bZ_b，O_ci在负载本体坐标系中对应的位置为。

具体而言，即用户可根据对负载的实际姿态需求，向负载姿态调节装置100输入用于控制负载平移量的负载平移位置期待值和用于控制负载旋转角度的负载转动角度期待值，进而控制单元140可根据负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成驱动控制指令，其中驱动控制指令中包括承载及调节单元110需要移动的距离，该距离即包括承载及调节单元110需要移动的方向和移动量，由此可带动负载向该移动方向移动相应的移动量，使负载达到用户期待的目标位姿。

结合图2所示，定义负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，定义负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，定义承载及调节单元110本体对应的坐标系为O_ciX_ciY_ciZ_ci（i为支撑及调节部件的顺序，i=1,2,3,4）。定义初始状态为承载及调节单元110的三个运动轴（即X轴、Y轴和Z轴）均处于零位，所以当系统处于初始状态时有：

1）负载参考坐标系O_aX_aY_aZ_a和负载本体坐标系O_bX_bY_bZ_b重合；

2）承载及调节单元110本体坐标系O_ciX_ciY_ciZ_ci（i=1,2,3,4）和负载本体坐标系O_bX_bY_bZ_b的坐标轴均平行，且处于同一水平面内。

进而O_ci在负载本体坐标系O_bX_bY_bZ_b可表示为：

，

其中，d_{ci_x}是O_ci在负载本体坐标系X轴上的坐标值，d_{ci_y}是O_ci在负载本体坐标系Y轴上的坐标值。

假设从负载本体坐标系O_bX_bY_bZ_b到负载参考坐标系O_aX_aY_aZ_a采用3-1-2转换顺序，则有：

，

则输入期望的平动位置和转动角度，即用户输入的负载平移位置期待值和转达角度（α、β、γ）时，可得承载及调节单元110对应的运动距离，也即承载及调节单元110需要移动的距离，具体为：

其中，为所述承载及调节单元110需要移动的距离，其中，d_{ci_x}是O_ci在负载本体坐标系X轴上的坐标值，d_{ci_y}是O_ci在负载本体坐标系Y轴上的坐标值。

由此，通过输入参数，负载姿态调节装置100可将负载姿态自动调整至满足与待对接部件对接的状态，例如负载为卫星负载时，则通过输入参数，负载姿态调节装置100可将卫星姿态调节至满足与太阳翼（待对接部件）对接的状态，从而使卫星和太阳翼精准对接，实现卫星装配的精度。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，承载及调节单元110，包括：承载平台111，用于承载负载；连接在承载平台111的用于支撑和调节承载平台111姿态的多个支撑及调节部件112，多个支撑及调节部件112可独立或联动运行，每个支撑及调节部件112独立运行可驱动承载平台111沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个平移，多个支撑及调节部件112联动运行可驱动承载平台111沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个旋转。

在具体实施例中，承载平台111可按照需求被构造为任意形状，如规则形状（如但不限于矩形、圆形等）或者不规则形状，只要能满足承载负载的需求即可。在如图3所示的示例中，承载平台111例如被构造为矩形，具有外形美观，易于构造，方便放置负载等的优点。

多个支撑及调节部件112均连接在承载平台111上，易于支撑和调节承载平台111的姿态，进而实现对负载姿态的调节。具体的，多个支撑及调节部件112可独立或联动运行，每个支撑及调节部件112独立运行时，可驱动承载平台111沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个平移，多个支撑及调节部件112联动运行时，可驱动承载平台111沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个旋转，由此，可实现在X轴、Y轴、Z轴的平移，以及绕X轴方向的旋转，即沿α（横滚）方向移动，以及绕Y轴方向的旋转，即沿β（俯仰）方向移动，以及绕Z轴方向的旋转，即沿γ（偏航）方向移动，从而可实现承载平台111在X、Y、Z、α、β、γ六自由度方向上的移动，进而带动负载实现在X、Y、Z、α、β、γ六自由度方向上的移动，由此，实现负载在多自由度方向上的姿态调节，利于提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配精度。

在本发明的一个实施例中，承载平台111具有多个边角，多个支撑及调节部件112一一对应连接在多个边角处。具体而言，即在承载平台111的多个边角处分别设置支撑及调节部件112，由此来对多个边角进行支撑，提高了对承载平台111支撑的可靠性和稳定性，并且，在承载平台111的多个边角处分别设置支撑及调节部件112，可以更好的对承载平台111的姿态进行调节，进而利于对放置于其上的负载的姿态进行更精准更可靠的调节。在图3所示的示例中，承载平台111具有被构造为矩形形状，其包括4个边角，在四个边角处一一对应的连接4个支撑及调节部件112，由此提高了支撑可靠性和稳定性，同时，利于对承载平台111和其上的负载的姿态进行更加精准可靠的调节。

在本发明的一个实施例中，支撑及调节部件112包括：分别对应于X轴、Y轴和Z轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，其中，控制单元140根据驱动控制指令，控制驱动单元130驱动电机旋转以带动对应的丝杠沿导轨模块进行运动，以使支撑及调节部件112对应进行X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

具体而言，支撑及调节部件112包括对应于X轴的移动模组、对应于Y轴的移动模组和对应于Z轴的移动模组，对应于X轴的移动模组包括对应于X轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，对应于X轴的移动模组用于驱动支撑及调节部件112进行X轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载进行X轴方向上的运动；对应于Y轴的移动模组包括对应于Y轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，对应于Y轴的移动模组用于驱动支撑及调节部件112进行Y轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载进行Y轴方向上的运动；对应于Z轴的移动模组包括对应于Z轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，对应于Z轴的移动模组用于驱动支撑及调节部件112进行Z轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载进行Z轴方向上的运动。具体的，针对于每个移动模组，由控制单元140根据驱动控制指令，控制驱动单元130驱动该移动模组中的电机旋转以带动对应的丝杠沿导轨模块进行运动，以使支撑及调节部件112对应进行该轴（X轴、Y轴或Z轴）方向上的运动。

在具体实施例中，结合图4所示，支撑及调节部件112包括：对应于X轴的移动模组、对应于Y轴的移动模组和对应于Z轴的移动模组。

对应于X轴的移动模组具体包括：对应于X轴设置的X轴电机11201、X轴减速器11202、X轴丝杠11203、X轴导轨模块11204。在负载需要沿X轴移动时，控制单元140根据驱动控制指令，控制驱动单元130驱动X轴电机11201旋转以带动对应的X轴丝杠11203沿导轨模块11204进行运动，以使支撑及调节部件112对应进行X轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载沿X轴运动。

对应于Y轴的移动模组具体包括：对应于Y轴设置的Y轴电机11205、Y轴减速器11206、Y轴丝杠11207、Y轴导轨模块11208。在负载需要沿Y轴移动时，控制单元140根据驱动控制指令，控制驱动单元130驱动Y轴电机11205旋转以带动对应的Y轴丝杠11207沿导轨模块11208进行运动，以使支撑及调节部件112对应进行Y轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载沿Y轴运动。

对应于Z轴的移动模组具体包括：对应于Z轴设置的Z轴电机11209、Z轴减速器11210、Z轴丝杠11211、Z轴导轨模块11212。在负载需要沿Z轴移动时，控制单元140根据驱动控制指令，控制驱动单元130驱动Z轴电机11209旋转以带动对应的Z轴丝杠11211沿导轨模块11212进行运动，以使支撑及调节部件112对应进行Z轴方向上的运动，进而带动承载平台111及其上的负载沿Z轴运动。

作为具体的实施例，以下结合图5和图6来示例性描述该负载姿态调节装置100的结构及其工作原理。

在本实施例中，结合图5所示，承载及调节单元110的承载平台111被配置为矩形形状，承载及调节单元110的支撑及调节部件112的数量被配置为4个，分别被记作A、B、C和D，4个支撑及调节部件一一对应连接在承载平台111的四个边角处。其中，支撑及调节部件A、B、C、D均可以实现X、Y、Z三个方向的平移，支撑及调节部件A、B、C、D组合使用可以实现绕X轴的旋转α（即横滚方向移动）、绕Y轴的旋转β（即俯仰方向移动）、绕Z轴的旋转γ（即偏航方向移动），由此，通过调节支撑及调节部件A、B、C、D的的位置，实现承载及调节单元110及负载在X、Y、Z、α、β、γ在六自由度方向上的移动，进而利于实现对负载姿态的多维度调节，提高负载姿态调节精度。调节支撑及调节部件A、B、C、D均包括：Z轴电机、Z轴减速器、Z轴丝杠及Z轴导轨模块、Y轴电机、Y轴减速器、Y轴丝杠及Y轴导轨模块、X轴电机、X轴减速器、X轴丝杠及X轴导轨模块以及相关对接接口等。各轴对应的电机能够在控制单元140和驱动单元130的控制下完成旋转运动以带动对应的丝杠进行运动，在丝杠的旋转作用下，将旋转运动沿导轨模块转化为直线运动，进而完成X、Y、Z轴三个方向的运动，当调节支撑及调节部件A、B、C、D联合运行时，可完成α、β、γ方向上的运动。

在工作时，控制单元140生成驱动控制指令，将驱动控制指令发送给驱动单元130，驱动单元130根据驱动控制指令驱动各轴（X轴、Y轴和Z轴）对应的移动模组来电机完成相应的运动控制动作。进一步地，传感器单元120在负载装配过程中能够实时的采集到负载的姿态信息，并将采集到的负载的姿态信息反馈至控制单元140。控制单元140例如为工控机系统，其是整个负载姿态调节装置100的中枢和核心，具备丰富的外部接口，能够根据外部需求姿态信息来生成驱动控制指令，通过多轴运动的并联控制算法，实现对承载及调节单元110姿态的实时控制，进而带动负载运动以对负载姿态进行控制调节。具体的，结合图6所示，控制单元140（如工控机）进行并联算法发出驱动控制指令给驱动单元130，驱动单元130针对每个承载及调节单元110，驱动其各轴对应的电机（如伺服电机）进行运动，电机通过减速器丝杠等传动系统完成承载平台111及其上的负载的运动，承载平台111或负载的运动姿态通过传感器单元120（如倾角传感器）实时监测，并将监测的姿态信息反馈至工控机，由工控机对负载的运动姿态进行闭环修正调节，最终完成整套闭环控制算法，实现负载姿态的自动调整和闭环修正。其中，为了提高控制安全性、实时性和精准性，驱动单元130和伺服电机两者形成局部的转矩环、速度环和位置环控制，倾角传感器用来实现整套系统的外环位置的控制。

在本发明的一个实施例中，该负载姿态调节装置100还包括人机交互单元（图中未示出）。人机交互单元用于提供人机交互界面，人机交互界面包括输入模块，输入模块用于接收用户输入的目标姿态信息，其中，目标姿态信息包括负载平移位置期待值和负载转动角度期待值。

具体而言，即负载姿态调节装置100配置有用于与用户实现人机交互的人机交互单元，人机交互单元提供人机交互界面，如触控界面，该界面包括输入模块，用户可通过输入模块来输入其想要输入的信息，如负载的目标姿态信息，目标姿态信息具体可包括负载平移位置期待值和负载转动角度期待值，根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值，通过前述算法即可得到承载及调节单元110需要移动的距离，进而控制承载及调节单元110按照该需要移动的距离来运动，以带动负载进行相应运动，直至达到对应的目标姿态，便于完成与待对接部件的顺利对接，提高负载装配效率和精度。

在本发明的一个实施例中，人机交互界面还包括显示模块，显示模块用于显示负载的姿态信息、承载及调节单元110的运行状态信息、驱动单元130的运行状态信息、控制单元140的运行状态信息及负载姿态调节装置100的故障信息及运行日志中的至少一个。

具体而言，即人机交互界面中包括显示模块，显示模块例如包括一个显示界面，用于显示负载姿态调节装置100的相关信息，例如包括但不限于：传感器单元120实时监测的负载的姿态信息、承载及调节单元110的运行状态信息（如承载及调节单元110的运动方向、运动距离等信息）、驱动单元130的运行状态信息（如驱动单元130的开启或关闭状态等）、控制单元140的运行状态信息（如控制单元140的开启或关闭状态等）及负载姿态调节装置100的故障信息（如负载姿态调节装置100中各部件的运行故障信息及各部件之间的通信故障信息等）及运行日志（如包括负载姿态调节装置100中各部件在各时刻对应的运行状态信息、用户的操作信息及故障信息、错误信息等）中的至少一个，从而便于用户随身查看和了解负载姿态调节装置100的运行状态，判断装置是否出现故障或问题，从而更好的判断装置的运行状态是否正常，利于提升装置的可靠性。

在本发明的一个实施例中，该负载姿态调节装置100还包括手动调节单元（图中未示出）。手动调节单元连接承载及调节单元110，用于根据用户输入的手动调节操作来控制承载及调节单元110移动，以带动负载调节姿态。

具体的，即该负载姿态调节装置100还配置了手动调节单元，用户通过操作手动调节单元来手动控制承载及调节单元110移动，进而带动负载移动，以调节负载的姿态。由此，通过设置手动调节单元来对负载的姿态进行手动调节，提高了负载姿态调节装置100的可靠性，例如，当控制单元140、驱动单元130等参与自动调节负载姿态的相关部件之一出现故障时，则无法对负载姿态进行自动调节，则用户可通过手动调节单元来手动调节负载的姿态，实现负载的顺利装配，提高了可靠性。由此，该负载姿态调节装置100同时配置了自动调节和手动调节功能，丰富了负载姿态调节的手段，提高了负载姿态调节的多样性和可靠性。

在本发明的一个实施例中，手动调节单元包括操作手柄。具体而言，手柄的构造形状比较符合人体工学设计，从而方便用户操作，为用户带来便利，同时，手柄体积小，无需过多的设置空间，且所需成本低。

在本发明的一个实施例中，承载平台111被配置为可承载至少5吨的负载重量，从而使得承载平台111具有较强的承载能力，能够承载大质量的负荷，满足更多应用场合，进而提高负载姿态调节装置100的适用性。

在本发明的一个实施例中，负载包括卫星。即该负载调节装置可用于卫星装配，在卫星装配过程中，通过该负载姿态调节装置100对卫星进行姿态调节，使卫星与太阳翼能够精准对接，提高卫星装配的效率和精度。

在具体实施例中，承载平台111被配置为可承载5~15吨的负载重量，从而满足卫星装配场景下，针对不同型号卫星的重量承载需求。

综上所述，根据本发明实施例的负载姿态调节装置100，可根据驱动控制指令控制驱动单元130来驱动承载及调节单元110移动，由承载及调节单元110来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元120反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元110的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

本发明的进一步实施例还提出了一种负载姿态调整方法。

图7是根据本发明一个实施例的负载姿态调整方法的流程图。如图7所示，该负载姿态调整方法包括以下步骤：

步骤S1：生成驱动控制指令。

步骤S2：根据所述驱动控制指令控制驱动单元驱动承载及调节单元移动，以调节负载的姿态，其中，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态。

步骤S23：根据所述驱动控制指令控制驱动单元驱动承载及调节单元移动，以调节负载的姿态，其中，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态。

在本发明的一个实施例中，根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成所述驱动控制指令，具体包括：

其中，为所述承载及调节单元需要移动的距离，为所述负载平移位置期待值，（α、β、γ）为所述负载转动角度期待值，负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，承载及调节单元对应的坐标系为O_ciX_ciY_ciZ_ci，O_ci在负载本体坐标系中对应的位置为，其中，d_{ci_x}是O_ci在负载本体坐标系X轴上的坐标值，d_{ci_y}是O_ci在负载本体坐标系Y轴上的坐标值。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：提供人机交互界面，其中，人机交互界面包括输入模块；通过所述输入模块接收用户输入的目标姿态信息，其中，所述目标姿态信息包括所述负载平移位置期待值和负载转动角度期待值。

在本发明的一个实施例中，所述人机交互界面还包括显示模块，所述方法还包括：通过显示模块显示所述负载的姿态信息、所述承载及调节单元的运行状态信息、所述驱动单元的运行状态信息、所述控制单元的运行状态信息及所述负载姿态调节装置的故障信息及运行日志中的至少一个。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：通过手动调节单元接收用户输入的手动调节操作，所述手动调节单元连接所述承载及调节单元，进而根据用户输入的手动调节操作来控制承载及调节单元移动，以带动所述负载调节姿态。所述手动调节单元例如包括操作手柄。

需要说明的是，在进行负载姿态调节时，该负载姿态调节方法的具体实现方式与本发明上述任意一个实施例的负载姿态调节装置的具体实现方式类似，因而关于该负载姿态调节方法的详细示例性描述，可参见前述关于负载姿态调节装置的相关描述部分，为减少冗余，此处不再重复赘述。

由此，本发明实施例的负载姿态调节方法，可根据驱动控制指令控制驱动单元来驱动承载及调节单元移动，由承载及调节单元来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

本发明的进一步实施例还公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有负载姿态调节程序，所述负载姿态调节程序被处理器执行时实现如本发明上述任意一个实施例所描述的负载姿态调节方法，具体关于负载姿态调节方法的执行过程的详细描述，请参见前文相关部分，此处不再冗余赘述。

由此，本发明实施例的计算机可读存储介质，其上存储的负载姿态调节程序被处理器执行时，可根据驱动控制指令控制驱动单元来驱动承载及调节单元移动，由承载及调节单元来带动负载在多自由度方向上移动，从而控制负载在多自由度方向上调节姿态，实现负载装配的自动化和机械化，提高负载装配效率，同时，接收传感器单元反馈的负载的实时姿态信息，根据负载的实时姿态信息修正承载及调节单元的移动动作，进而对负载的姿态进行修正，实现对负载调节过程的闭环修正，从而提高负载姿态调节的精度，进而利于提升负载装配的精度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置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。

在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种负载姿态调节装置，其特征在于，包括：

承载及调节单元，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态；

传感器单元，用于实时监测所述负载的姿态信息；

驱动单元，用于驱动所述承载及调节单元移动；

控制单元，用于生成驱动控制指令，并根据所述驱动控制指令控制所述驱动单元驱动所述承载及调节单元移动，以调节所述负载的姿态，并接收所述传感器单元发送的所述负载的姿态信息，根据所述姿态信息修正所述驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制所述驱动单元修正所述承载及调节单元的移动动作，以修正所述负载的姿态，其中，所述驱动控制指令包括所述承载及调节单元需要移动的距离；

所述控制单元用于根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成所述驱动控制指令，具体包括：

其中，为所述承载及调节单元需要移动的距离，为所述负载平移位置期待值，（α、β、γ）为所述负载转动角度期待值，负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，承载及调节单元对应的坐标系为O_ciX_ciY_ciZ_ci，O_ci在负载本体坐标系中对应的位置为，c为余弦函数，s为正弦函数。

2.根据权利要求1所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述承载及调节单元，包括：

承载平台，用于承载所述负载；

连接在所述承载平台的用于支撑和调节所述承载平台姿态的多个支撑及调节部件，多个所述支撑及调节部件可独立或联动运行，每个所述支撑及调节部件独立运行可驱动所述承载平台沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个平移，多个所述支撑及调节部件联动运行可驱动所述承载平台沿X轴、Y轴和Z轴方向中的至少一个旋转。

3.根据权利要求2所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述承载平台具有多个边角，多个所述支撑及调节部件一一对应连接在所述多个边角处。

4.根据权利要求2所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述支撑及调节部件包括：分别对应于X轴、Y轴和Z轴设置的电机、减速器、丝杠及导轨模块，其中，

所述控制单元根据所述驱动控制指令，控制所述驱动单元驱动所述电机旋转以带动对应的所述丝杠沿所述导轨模块进行运动，以使所述支撑及调节部件对应进行X轴、Y轴和Z轴方向上的运动。

5.根据权利要求1所述的负载姿态调节装置，其特征在于，还包括：

人机交互单元，用于提供人机交互界面，所述人机交互界面包括输入模块，所述输入模块用于接收用户输入的目标姿态信息，其中，所述目标姿态信息包括所述负载平移位置期待值和负载转动角度期待值。

6.根据权利要求5所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述人机交互界面还包括显示模块，所述显示模块用于显示所述负载的姿态信息、所述承载及调节单元的运行状态信息、所述驱动单元的运行状态信息、所述控制单元的运行状态信息及所述负载姿态调节装置的故障信息及运行日志中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的负载姿态调节装置，其特征在于，还包括：

手动调节单元，所述手动调节单元连接所述承载及调节单元，用于根据用户输入的手动调节操作来控制所述承载及调节单元移动，以带动所述负载调节姿态。

8.根据权利要求7所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述手动调节单元包括操作手柄。

9.根据权利要求2所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述承载平台被配置为可承载至少5吨的负载重量。

10.根据权利要求1所述的负载姿态调节装置，其特征在于，所述负载包括卫星。

11.一种负载姿态调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成驱动控制指令；

根据所述驱动控制指令控制驱动单元驱动承载及调节单元移动，以调节负载的姿态，其中，所述承载及调节单元用于承载所述负载，并可沿多自由度方向移动，以带动所述负载在多自由度方向上调节姿态；

接收传感器单元实时监测的所述负载的姿态信息，根据所述姿态信息修正所述驱动控制指令，并根据修正后的驱动控制指令控制所述驱动单元修正所述承载及调节单元的移动动作，以修正所述负载的姿态，其中，所述驱动控制指令包括所述承载及调节单元需要移动的距离；

其中，根据用户输入的负载平移位置期待值和负载转动角度期待值生成所述驱动控制指令，具体包括：

其中，为所述承载及调节单元需要移动的距离，为所述负载平移位置期待值，（α、β、γ）为所述负载转动角度期待值，负载参考坐标系为O_aX_aY_aZ_a，负载本体坐标系为O_bX_bY_bZ_b，承载及调节单元对应的坐标系为O_ciX_ciY_ciZ_ci，O_ci在负载本体坐标系中对应的位置为，c为余弦函数，s为正弦函数。

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