上海宇航系统工程研究所赵真获国家专利权
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龙图腾网获悉上海宇航系统工程研究所申请的专利气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN115806065B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-07发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202211477742.4,技术领域涉及:B64G7/00;该发明授权气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统是由赵真;朱虹;肖余之;吴建桔;沈涛;靳永强;靳宗向;柳征勇;王碧设计研发完成,并于2022-11-23向国家知识产权局提交的专利申请。
本气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统在说明书摘要公布了:本发明公开了一种气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统,包括:气浮台、龙门架、随动重力卸载吊点、绝对定位测量系统和空间机器人卫星模拟器;其中,随动重力卸载吊点设置于龙门架上;空间机器人卫星模拟器悬浮在气浮台上;空间机器人卫星模拟器的机械臂与随动重力卸载吊点相连接;绝对定位测量系统的激光雷达传感器设置于空间机器人卫星模拟器的顶部,绝对定位测量系统的多点激光反射靶标阵列设置于龙门架上;绝对定位测量系统实时测量空间机器人卫星模拟器相对龙门架的绝对位置和姿态。本发明能够有效进行航天大型天线组装、卫星维修抢救、太空遥操作等三维空间内在地面重力环境下的六自由度操控试验。
本发明授权气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统在权利要求书中公布了:1.一种气浮和主动随动吊挂相结合的重力平衡试验系统,其特征在于包括:气浮台1、龙门架2、随动重力卸载吊点3、绝对定位测量系统4和空间机器人卫星模拟器5;其中, 所述随动重力卸载吊点3设置于所述龙门架2上; 所述空间机器人卫星模拟器5悬浮在所述气浮台1上; 所述空间机器人卫星模拟器5的机械臂与所述随动重力卸载吊点3相连接; 所述绝对定位测量系统4的激光雷达传感器401设置于所述空间机器人卫星模拟器5的顶部,所述绝对定位测量系统4的多点激光反射靶标阵列402设置于所述龙门架2上;所述绝对定位测量系统4实时测量空间机器人卫星模拟器5相对龙门架2的绝对位置和姿态; 所述龙门架2包括六根支撑柱201、周向横梁202、侧向斜撑203、检修平台204和两个大梁平行导轨205;其中, 六根支撑柱201设置于所述气浮台1两侧; 所述周向横梁202与所述支撑柱201的顶部相连接; 位于气浮台1同一侧的相邻两个支撑柱201之间通过侧向斜撑203连接; 两个大梁平行导轨205设置于所述周向横梁202的上部,并且两个大梁平行导轨205相对; 所述随动重力卸载吊点3与所述大梁平行导轨205相连接,所述随动重力卸载吊点3能够沿所述大梁平行导轨205的长度方向运动; 所述检修平台204设置于所述周向横梁202的侧部; 所述随动重力卸载吊点3包括大梁驱动电机301、大梁驱动控制器302、大梁桁架303、吊点导轨304、吊点驱动控制器305和重力平衡伺服机构306;其中, 所述大梁桁架303的一端与一个大梁平行导轨205相连接,所述大梁桁架303的另一端与另一个大梁平行导轨205相连接; 所述大梁驱动电机301和所述大梁驱动控制器302均设置于所述大梁桁架303的一端,所述大梁驱动电机301和所述大梁驱动控制器302相连接,所述大梁驱动控制器302控制所述大梁驱动电机301驱动所述大梁桁架303沿大梁平行导轨205的长度方向运动; 所述吊点导轨304设置于所述大梁桁架303的上部,所述重力平衡伺服机构306与所述吊点导轨304相连接,所述吊点驱动控制器305与所述重力平衡伺服机构306相连接,所述吊点驱动控制器305控制所述重力平衡伺服机构306沿着吊点导轨304的长度方向运动;其中,所述吊点导轨304的长度方向与所述大梁桁架303的长度方向平行; 所述吊点驱动控制器305根据机械臂吊点的钢丝绳两轴摆角测量传感器角度值,分解为平面内两个方向的直线运动,控制重力平衡伺服机构306沿着吊点导轨304的长度方向和沿着大梁桁架303的长度方向的两个相互垂直的直线方向运动,从而确保机械臂吊点的钢丝绳始终与气浮台1保持铅垂; 吊点驱动控制器305还根据张力传感器测量的钢丝绳张力值,控制重力平衡伺服机构306实现钢丝绳张力保持,与所需要平衡重力的机械臂实现随动重力卸载; 所述绝对定位测量系统4包括激光雷达传感器401和多点激光反射靶标阵列402;其中, 所述激光雷达传感器401设置于所述空间机器人卫星模拟器5的顶部,所述多点激光反射靶标阵列402设置于所述龙门架2上; 激光雷达传感器401以设定的角速度旋转,连续扫描龙门架2上的多点激光反射靶标阵列402,得到以空间机器人卫星模拟器5相对多点激光反射靶标阵列402的极坐标描述的测量矩阵; 将空间机器人卫星模拟器5相对多点激光反射靶标阵列402的极坐标转换为在气浮台1布局坐标系下描述的直角坐标数组,通过直角坐标最小二乘拟合,得到空间机器人卫星模拟器5在气浮台1布局坐标系下的最优估计坐标; 以空间机器人卫星模拟器5相对多点激光反射靶标阵列402的极坐标描述的测量矩阵通过如下公式得到: 其中,S为激光雷达传感器到激光反射靶标阵列的距离数组;A为以激光雷达扫描的初始角度为起点、激光扫描速率和频率为增量的角度值;si为以空间机器人卫星模拟器本体坐标系下安装的激光雷达传感器到编号i激光反射靶标的距离;θi为激光雷达传感器扫描装置收到编号i激光反射靶标发射信号时的转动角度,i=0、1、2……n; 在气浮台1布局坐标系下描述的直角坐标数组通过如下公式得到: 其中,xi为空间机器人卫星模拟器本体坐标系原点在气浮台布局坐标系下描述的x轴方向直角坐标,yi为空间机器人卫星模拟器本体坐标系原点在气浮台布局坐标系下描述的y轴方向直角坐标,si为以空间机器人卫星模拟器本体坐标系下安装的激光雷达传感器到编号i激光反射靶标的距离,θi为激光雷达传感器扫描装置收到编号i激光反射靶标发射信号时的转动角度,i=0、1、2……n; 所述空间机器人卫星模拟器5包括模拟器本体501、气浮底盘502、机械臂503和监控系统504;其中, 所述气浮底盘502设置于所述模拟器本体501的底部; 所述机械臂503与所述模拟器本体501相连接;所述机械臂503的肩部、肘部和腕部均设置有与随动重力卸载吊点3相对应的吊点防护工装,随动重力卸载吊点3通过钢丝绳与吊点防护工装相连接,吊点防护工装根据机械臂503运动自由度,实现滚动、俯仰和偏航运动; 所述监控系统504设置于所述模拟器本体501顶部的边界位置,所述监控系统504能够拍摄试验过程的图像; 还包括:主控制系统6;其中, 所述主控制系统6分别与随动重力卸载吊点3、绝对定位测量系统4和空间机器人卫星模拟器5相连接; 所述主控制系统6采集随动重力卸载吊点3的钢丝绳两轴摆角测量传感器角度值和张力传感器测量的钢丝绳张力值作为控制系统输入,分解规划计算随动重力卸载吊点3沿所述大梁平行导轨205的长度方向运动距离,以确保钢丝绳始终与气浮台1保持铅垂; 所述主控制系统6接收空间机器人卫星模拟器5相对龙门架2的绝对位置和姿态,规划空间机器人卫星模拟器5在气浮台1布局坐标系下的运动轨迹和运动速度,给空间机器人卫星模拟器5的气浮底盘502发送驱动指令; 所述主控制系统6接收监控系统504拍摄的试验过程的图像,也可以远程调节控制监控系统504的监控相机焦距、曝光时间、以及调整相机云台运动实现跟拍和调整视角。
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