一种用于地面卫星模拟器的二维转台

本发明涉及空间地面仿真实验领域，具体地说是一种用于地面卫星模拟器的二维转台。

背景技术：

1、随着航天技术的不断发展，各种先进复杂的技术也不断应用于卫星系统，其中新型微小卫星或卫星模块都有智能性、敏捷性、可靠性及多功能性等要求，并且卫星上的各种传感器、制导与导航控制装置、电子设备、电力和推进系统等都要求能够正常稳定运行，以使卫星能够发现、跟踪、锁定并与目标物会合。由于航天器空间任务的难度及航天器本身结构的复杂性，所以在进入太空之前，对这些控制设备和相应的轨道及姿态控制算法进行严格的地面测试是非常必要的。最理想的地面测试环境是尽可能地模拟卫星等航天器在太空飞行时自由运动的环境，但由于地球外部太空环境具有真空、失重等特点，想要在地面模拟出太空中微重力、微力矩约束的动力学环境无疑是非常困难的，因此卫星在地面进行反复评估、仿真和测试时，需要搭建能够满足卫星动力学、运动学以及接口和主要关键技术验证试验要求的验证平台，其中地面卫星模拟器是地面试验验证系统的重要组成部分，其主要用于代表空间段的状态开展全系统的试验验证任务。

2、为确保试验验证结果的可信度，需要卫星模拟器与真实卫星的关键技术指标一致，同时为方便开展各种新技术、新体制的试验验证任务，又需要卫星模拟器具备灵活可配置的特点。空间中卫星可以实现六自由度运动(三个平动自由度和三个转动自由度)，而目前对卫星等航天器进行地面测试的方法主要有以下几种：一是采用落塔装置或飞机的抛物线运动，利用自由落体的失重环境来模拟太空的微重力环境，但由于其时间过短(仅几十秒)，并且设备和手段过于特殊，不能广泛应用，对于航天器地面试验来说意义不大；二是水下试验，利用水的浮力来获得微重力的试验环境，这对于训练宇航员在失重环境下的操作很有帮助，但是卫星等航天器上的电子设备众多，并不适合完全浸泡在水中进行试验；三是采用悬吊装置，将物体悬吊起来，使重力不影响其物理性能，而达到平衡重力，使用时同样会受到很多限制，使用不便。

3、而在地面卫星模拟器的六自由度运动模拟中，由于部件之间摩擦力矩等因素等影响，其滚转、偏航等自由度模拟尤为困难，现有设备难以满足模拟要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于地面卫星模拟器的二维转台，其十字轴及相关结构设计可有效减小摩擦阻力矩，从而可以较好地实现卫星模拟器滚转、偏航等自由度的模拟效果。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种用于地面卫星模拟器的二维转台，包括十字轴、滚转框架、从动框架、刹车组件和复位组件，其中滚转框架设于从动框架中，十字轴设于滚转框架中，所述从动框架内部两侧设有第一轴承，十字轴沿着bb轴向设置的第一转轴两端分别伸出所述滚转框架后通过对应侧的第一轴承支撑，且所述从动框架内设有限定所述第一转轴转动的第一刹车组件，所述滚转框架沿着aa轴向的两端设有第二轴承，所述十字轴沿着aa轴向设置的第二转轴两端分别通过对应侧的第二轴承支撑，且所述滚转框架内部设有限定所述第二转轴转动的第二刹车组件，所述从动框架上端设有安装板，且所述安装板上设有复位组件，所述滚转框架上侧设有复位杆穿过所述安装板，且所述复位杆通过复位组件复位，卫星模拟器安装于所述滚转框架上，所述从动框架可升降地设于设备单元框架中。

4、所述第一轴承外侧和第二轴承外侧均设有轴承压盖和锁紧螺母，所述十字轴的第一转轴一端形成第一刹车轴端与所述第一刹车组件配合，第二转轴一端形成第二刹车轴端与所述第二刹车组件配合。

5、所述第一刹车组件和第二刹车组件结构相同，均包括刹车架体和设于所述刹车架体上的刹车气缸、第一夹块和第二夹块，其中第二夹块固设于所述刹车架体上，第一夹块通过刹车气缸驱动移动与第二夹块配合。

6、所述安装板上侧设有两组第一复位组件、下侧设有两组第二复位组件，所述第一复位组件和第二复位组件结构相同，均包括复位气缸和l型复位板，所述l型复位板与所述安装板滑动连接并通过所述复位气缸驱动移动，并且第一复位组件中的复位气缸移动方向与第二复位组件中的复位气缸移动方向垂直。

7、所述复位杆通过两组第一复位组件中的l型复位板相对移动偏航复位；所述复位杆通过两组第二复位组件中的l型复位板相对移动滚转复位。

8、所述安装板上设有复位滑轨，所述复位气缸通过连接板与所述l型复位板连接，且所述l型复位板下侧设有复位滑块与对应侧的复位滑轨配合，所述复位滑轨远离复位气缸一端设有限位座，且所述限位座上设有限位螺杆。

9、所述从动框架包括两侧的侧架体，且所述侧架体包括上支架和下支架，其中第一轴承以及第一刹车组件均安装于对应的下支架上，所述安装板两侧分别与对应的上支架固连。

10、所述侧架体两侧设有滑动组件与设备单元框架滑动连接，所述滑动组件包括导向轮和滑块。

11、所述滚转框架包括框架本体、连接架和法兰，其中框架本体两端分别通过连接架与对应侧的法兰固连，所述框架本体长度方向两端设有第二轴承，所述框架本体上侧中部设有复位杆，所述框架本体一侧的连接架内设有第二刹车组件。

12、所述从动框架任一侧内设有检测滚转角度的第一编码器，所述滚转框架任一端内设有检测偏航角度的第二编码器。

13、本发明的优点与积极效果为：

14、1、本发明的十字轴及相关结构设计可减小摩擦阻力矩，从而可以较好地实现卫星模拟器滚转、偏航等自由度的模拟效果，其中滚转框架绕bb轴转动实现卫星模拟器的滚转自由度模拟、绕aa轴转动实现卫星模拟器的偏航自由度模拟，而所述滚转框架安装于从动框架中，所述从动框架两侧设有滑动组件与设备单元框架滑动连接，从而实现卫星模拟器的升降自由度模拟。

15、2、本发明可通过编码器测得滚转和偏航自由度的角度，可实现卫星姿态控制，而本发明的第一制动组件和第二制动组件使滚转框架停止于指定角度位置，也即使卫星模拟器停止于指定角度位置，从而可以方便地配合验证卫星姿态控制策略、空间机械臂轨迹规划、末端图像识别算法等实验。

16、3、本发明的复位组件作用于复位杆上实现滚转框架复位恢复初始零点位置，方便反复多次实验，

技术特征：

1.一种用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：包括十字轴(1)、滚转框架(2)、从动框架(3)、刹车组件和复位组件，其中滚转框架(2)设于从动框架(3)中，十字轴(1)设于滚转框架(2)中，所述从动框架(3)内部两侧设有第一轴承(305)，十字轴(1)沿着bb轴向设置的第一转轴两端分别伸出所述滚转框架(2)后通过对应侧的第一轴承(305)支撑，且所述从动框架(3)内设有限定所述第一转轴转动的第一刹车组件(5)，所述滚转框架(2)沿着aa轴向的两端设有第二轴承(204)，所述十字轴(1)沿着aa轴向设置的第二转轴两端分别通过对应侧的第二轴承(204)支撑，且所述滚转框架(2)内部设有限定所述第二转轴转动的第二刹车组件(6)，所述从动框架(3)上端设有安装板(303)，且所述安装板(303)上设有复位组件，所述滚转框架(2)上侧设有复位杆(201)穿过所述安装板(303)，且所述复位杆(201)通过复位组件复位，卫星模拟器安装于所述滚转框架(2)上，所述从动框架(3)可升降地设于设备单元框架中。

2.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述第一轴承(305)外侧和第二轴承(204)外侧均设有轴承压盖(7)和锁紧螺母(8)，所述十字轴(1)的第一转轴一端形成第一刹车轴端(101)与所述第一刹车组件(5)配合，第二转轴一端形成第二刹车轴端(102)与所述第二刹车组件(6)配合。

3.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述第一刹车组件(5)和第二刹车组件(6)结构相同，均包括刹车架体(502)和设于所述刹车架体(502)上的刹车气缸(501)、第一夹块(503)和第二夹块(504)，其中第二夹块(504)固设于所述刹车架体(502)上，第一夹块(503)通过刹车气缸(501)驱动移动与第二夹块(504)配合。

4.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述安装板(303)上侧设有两组第一复位组件(41)、下侧设有两组第二复位组件(42)，所述第一复位组件(41)和第二复位组件(42)结构相同，均包括复位气缸(401)和l型复位板(402)，所述l型复位板(402)与所述安装板(303)滑动连接并通过所述复位气缸(401)驱动移动，并且第一复位组件(41)中的复位气缸(401)移动方向与第二复位组件(42)中的复位气缸(401)移动方向垂直。

5.根据权利要求4所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述复位杆(201)通过两组第一复位组件(41)中的l型复位板(402)相对移动偏航复位；所述复位杆(201)通过两组第二复位组件(42)中的l型复位板(402)相对移动滚转复位。

6.根据权利要求4所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述安装板(303)上设有复位滑轨(404)，所述复位气缸(401)通过连接板(405)与所述l型复位板(402)连接，且所述l型复位板(402)下侧设有复位滑块(403)与对应侧的复位滑轨(404)配合，所述复位滑轨(404)远离复位气缸(401)一端设有限位座(406)，且所述限位座(406)上设有限位螺杆(407)。

7.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述从动框架(3)包括两侧的侧架体，且所述侧架体包括上支架(302)和下支架(301)，其中第一轴承(305)以及第一刹车组件(5)均安装于对应的下支架(301)上，所述安装板(303)两侧分别与对应的上支架(302)固连。

8.根据权利要求7所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述侧架体两侧设有滑动组件与设备单元框架滑动连接，所述滑动组件包括导向轮(306)和滑块(304)。

9.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述滚转框架(2)包括框架本体(203)、连接架(205)和法兰(202)，其中框架本体(203)两端分别通过连接架(205)与对应侧的法兰(202)固连，所述框架本体(203)长度方向两端设有第二轴承(204)，所述框架本体(203)上侧中部设有复位杆(201)，所述框架本体(203)一侧的连接架(205)内设有第二刹车组件(6)。

10.根据权利要求1所述的用于地面卫星模拟器的二维转台，其特征在于：所述从动框架(3)任一侧内设有检测滚转角度的第一编码器(207)，所述滚转框架(2)任一端内设有检测偏航角度的第二编码器(206)。

技术总结
本发明涉及一种用于地面卫星模拟器的二维转台，其中滚转框架设于从动框架中，十字轴设于滚转框架中，从动框架内部两侧设有第一轴承，十字轴的第一转轴两端分别伸出滚转框架后通过第一轴承支撑，且从动框架内设有限定第一转轴转动的第一刹车组件，滚转框架两端设有第二轴承，十字轴的第二转轴两端分别通过第二轴承支撑，且滚转框架一端内部设有限定第二转轴转动的第二刹车组件，从动框架上端设有安装板，且安装板上设有复位组件，滚转框架上侧设有复位杆穿过安装板并通过复位组件复位，卫星模拟器安装于滚转框架上，从动框架可升降地设于设备单元框架中。本发明的结构设计可减小摩擦阻力矩，可以较好地实现卫星模拟器滚转、偏航等模拟。

技术研发人员：位亚强,徐志刚,贺云,刘勇,孙银金,李木岩
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13