小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台

1.本实用新型涉及深空探测附着机构地面模拟测试平台，特别涉及一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台。


背景技术：

2.面向空间应用的机构与装置需要通过系统、规范的地面试验验证，才能确认是否能够适应目标天体的工作环境，能否顺利完成既定的目标任务。而针对小天体探测附着任务，由于其复杂的地形特点与微重力环境，使得在地面如何测试与验证相关机构的性能与可靠性变得异常困难。当前面向空间应用的模拟实验方法主要分为多关节机械手系统、空气轴承悬浮系统和中性浮力箱系统。但这些模拟测试系统一般较为复杂，成本较高，难以部署。为应对小天体复杂工作场景下的探测任务需求，需要开发出一系列实验测试装置，以便验证相关机构的设计性能，这些测试装置应当具备集成度高，灵活性高等特点，重点保证其控制精度和安全性能。更进一步，为应对小天体微重力耦合与补偿技术要求需要设计出具备高精度测控指标的微重力补偿装置，该装置应具有结构优化、负载适应能力强等特点，以便研究机构工作过程中与目标物质之间相互作用的力学机理特性。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，以克服现有技术的不足。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
5.一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，包括：
6.主体框架，设置于测试平台上；
7.单一附着单元测试装置，安装在主体框架上，用于测试单一附着单元与测试平台附着连接刚度极限；
8.系列附着单元测试装置，安装在主体框架上，用于测试系列附着单元机构在模拟岩石上的附着与脱附力学性能；
9.整体附着机构测试装置，安装在主体框架的后侧，用于测试整个附着器在模拟岩石上的附着力学性能。
10.所述单一附着单元测试装置包括可移动直线导轨i、支撑平台、单一附着单元及传感器i，其中可移动直线导轨i沿竖直方向安装在所述主体框架上，支撑平台与可移动直线导轨i滑动连接；单一附着单元下方通过拉力传感器i 与所述测试平台连接，单一附着单元通过其上方端部钩刺与支撑平台相接触。
11.所述系列附着单元测试装置包括可旋转基座、连杆组件、系列附着单元、模拟岩石ⅰ、支撑板、传感器ⅱ、可移动直线导轨ⅱ、传感器ⅲ、转接板、缆绳ⅰ、可移动直线导轨ⅲ、传感器ⅳ、可移动直线导轨ⅳ；
12.模拟岩石ⅰ设置于支撑板上，支撑板通过传感器ⅱ与所述所述测试平台连接，系列
附着单元顺应性附着于模拟岩石ⅰ上；
13.可移动直线导轨ⅳ沿竖直方向安装在所述主体框架上，转接板与可移动直线导轨ⅳ滑动连接；可移动直线导轨ⅱ和可移动直线导轨ⅲ沿水平方向安装在转接板上，且可移动直线导轨ⅱ位于可移动直线导轨ⅲ的下方；
14.可旋转基座通过传感器ⅲ与可移动直线导轨ⅱ滑动连接，连杆组件的一端与可旋转基座连接，另一端与系列附着单元连接；
15.传感器ⅳ与可移动直线导轨ⅲ滑动连接，缆绳ⅰ的一端与传感器ⅳ连接，另一端与连杆组件连接。
16.所述转接板上设有引导柱，所述缆绳ⅰ通过引导柱导向。
17.所述连杆组件包括连杆ⅰ、连杆ⅱ、连杆ⅲ、卷簧座、卷簧、滚动座、扭簧座、扭簧及支撑座，其中连杆ⅰ与所述系列附着单元连接，连杆ⅱ为平行四杆机构，且连杆ⅱ的两端分别与连杆ⅰ和连杆ⅲ的一端转动连接；连杆ⅲ的另一端与支撑座转动连接，支撑座与所述可旋转基座连接；
18.卷簧座安装在连杆ⅲ靠近连杆ⅱ的一端，卷簧安装在卷簧座上，卷簧的一端与连杆ⅱ连接；滚动座安装在连杆ⅲ的另一端，滚动座与所述缆绳ⅰ连接；
19.扭簧座安装在连杆ⅲ的另一端，扭簧安装在扭簧座上，且扭簧的端部与支撑座抵接。
20.所述整体附着机构测试装置包括支撑板ⅱ、传感器v、固定平板、可移动平台、模拟岩石ⅱ及整体附着机构，其中支撑板ⅱ通过传感器v与固定平板连接，固定平板通过可移动平台与所述测试平台连接，模拟岩石ⅱ固定在支撑板ⅱ上，整体附着机构通过其末端系列附着单元与模拟岩石ⅱ接触。
21.所述的小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台还包括辅助测试装置；辅助测试装置设置于所述主体框架上，且与所述整体附着机构连接。
22.所述辅助测试装置包括缆绳ⅱ、可调节配重、定滑轮、移动基座及滑轨，其中滑轨沿水平方向设置于所述主体框架的顶部，移动基座与滑轨滑动连接，定滑轮安装在移动基座上；缆绳ⅱ的一端与所述整体附着机构连接，另一端经过定滑轮后与可调节配重连接。
23.本实用新型的优点及有益效果是：本实用新型通过设计单一附着单元刚度测试装置、系列附着单元力学测试装置与整体附着机构力学测试装置三种模式力学测试装置，旨在实现在地面对小天体探测附着机构的力学仿真测试与性能评估；单一附着单元刚度测试装置通过安装于导轨上的支撑平台与拉力传感器配合，用于测试单一附着单元的刚度极限；系列附着单元力学测试装置通过安装在主体框架上的多组导轨与拉力传感器以及安装在测试平台上的多维传感器配和，用于测试系列附着单元机构在模拟岩石上的附着与脱附力学性能；整体附着机构力学测试装置通过安装在测试平台上的固定平板以及多维传感器配合，用于测试整个附着器在模拟岩石上的附着力学性能。
24.本实用新型当具备集成度高，灵活性高等特点，保证其控制精度和安全性能。本实用新型满足应对小天体微重力耦合与补偿技术要求，具备高精度测控指标；该装置应具有结构优化、负载适应能力强等特点，以便研究机构工作过程中与目标物质之间相互作用的力学机理特性。
附图说明
25.图1为本实用新型一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台的轴测图；
26.图2为本实用新型中主体框架与测试平台的轴测图；
27.图3为本实用新型中单一附着单元测试装置的轴测图；
28.图4为本实用新型中系列附着单元测试装置的轴测图；
29.图5为本实用新型中连杆组件的结构示意图；
30.图6为本实用新型中整体附着机构测试装置和辅助测试装置的轴测图；
31.图7为本实用新型整体附着机构测试装置和辅助测试装置的主视图；
32.图中：1为主体框架，2为单一附着单元测试装置，201为可移动直线导轨ⅰ，202为支撑平台，203为单一附着单元，204为传感器ⅰ，3为测试平台，4为系列附着单元测试装置，401为可旋转基座，402为连杆组件，4021 为连杆ⅰ，4022为连杆ⅱ，4023为连杆ⅲ，4024为卷簧座，4025为卷簧， 4026为滚动座，4027为扭簧座，4028为扭簧，4029为支撑座，403为系列附着单元，404为模拟岩石ⅰ，405为支撑板，406为传感器ⅱ，407为可移动直线导轨ⅱ，408为传感器ⅲ，409为转接板，410为缆绳，411为引导柱， 412为可移动直线导轨ⅲ，413为传感器ⅳ，414为可移动直线导轨ⅳ，5为整体附着机构测试装置，501为支撑板ⅱ，502传感器
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，503为固定平板， 504为可移动平台，505为模拟岩石ⅱ，506为整体附着机构，6为辅助测试装置，601为缆绳ⅱ，602为可调节配重，603为定滑轮，604为移动基座， 605为滑轨。
具体实施方式
33.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述。
34.如图1-2所示，本实用新型提供的一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，包括主体框架1、单一附着单元测试装置2、测试平台3、系列附着单元测试装置4及整体附着机构测试装置5，其中主体框架1设置于测试平台3上；单一附着单元测试装置2安装在主体框架1的右侧，用于测试单一附着单元与测试平台3附着连接刚度极限；系列附着单元测试装置4 安装在主体框架1的左侧，用于测试系列附着单元机构在模拟岩石上的附着与脱附力学性能；整体附着机构测试装置5安装在主体框架1的后侧，用于测试整个附着器在模拟岩石上的附着力学性能。
35.如图3所示，本实用新型的实施例中，单一附着单元测试装置2包括可移动直线导轨i201、支撑平台202、单一附着单元203及传感器i204，其中可移动直线导轨i201沿竖直方向安装在主体框架1上，支撑平台202与可移动直线导轨i201滑动连接；单一附着单元203下方通过拉力传感器i204与测试平台3连接，单一附着单元203通过其上方端部钩刺与支撑平台202相接触。
36.通过可移动直线导轨i201直线运动，带动支撑平台202上下移动，以此完成单片爪刺力学刚度性能测试。
37.如图4所示，本实用新型的实施例中，系列附着单元测试装置4包括可旋转基座401、连杆组件402、系列附着单元403、模拟岩石ⅰ404、支撑板 405、传感器ⅱ406、可移动直线导轨ⅱ407、传感器ⅲ408、转接板409、缆绳ⅰ410、可移动直线导轨ⅲ412、传感器ⅳ413、可
移动直线导轨ⅳ414；模拟岩石ⅰ404设置于支撑板405上，支撑板405通过传感器ⅱ406与测试平台3 连接，系列附着单元403顺应性吸附于模拟岩石ⅰ404上；可移动直线导轨
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414沿竖直方向安装在主体框架1上，转接板409与可移动直线导轨ⅳ414滑动连接；可移动直线导轨ⅱ407和可移动直线导轨ⅲ412沿水平方向安装在转接板409上，且可移动直线导轨ⅱ407位于可移动直线导轨ⅲ412的下方；可旋转基座401通过传感器ⅲ408与可移动直线导轨ⅱ407滑动连接，连杆组件 402的一端与可旋转基座401连接，另一端与系列附着单元403连接，可旋转基座401可以人工调节旋转角度或者自适应调节安装角度。传感器ⅳ413与可移动直线导轨ⅲ412滑动连接，缆绳ⅰ410的一端与传感器ⅳ413连接，另一端与连杆组件402连接。
38.进一步地，转接板409上设有引导柱411，缆绳ⅰ410通过引导柱411导向。
39.如图5所示，本实用新型的实施例中，连杆机构402用于可旋转基座401 和系列附着单元403，避免系列附着单元403与模拟岩石ⅰ404不必要的碰撞接触导致的附着失效。连杆组件402包括连杆ⅰ4021、连杆ⅱ4022、连杆
ⅲꢀ
4023、卷簧座4024、卷簧4025、滚动座4026、扭簧座4027、扭簧4028及支撑座4029，其中连杆ⅰ4021与系列附着单元403连接，连杆ⅱ4022为平行四杆机构，且连杆ⅱ4022的两端分别与连杆ⅰ4021和连杆ⅲ4023的一端转动连接；连杆ⅲ4023的另一端与支撑座4029转动连接，支撑座4029与可旋转基座401连接；卷簧座4024安装在连杆ⅲ4023靠近连杆ⅱ4022的一端，卷簧 4025安装在卷簧座4024上，卷簧4025的一端与连杆ⅱ4022连接；滚动座4026 安装在连杆ⅲ4023的另一端，滚动座4026与缆绳ⅰ410连接；扭簧座4027 安装在连杆ⅲ4023的另一端，扭簧4028安装在扭簧座4027上，且扭簧4028 的端部与支撑座4029抵接。
40.如图6-7所示，本实用新型的实施例中，整体附着机构测试装置5包括支撑板ⅱ501、传感器v502、固定平板503、可移动平台504、模拟岩石ⅱ505 及整体附着机构506，其中支撑板ⅱ501通过传感器v502与固定平板503连接，固定平板503通过可移动平台504与测试平台3连接，模拟岩石ⅱ505固定在支撑板ⅱ501上，整体附着机构506通过其末端系列附着单元与模拟岩石ⅱ505接触。传感器v502可测的在附着过程中,模拟岩石ⅱ505的受力情况, 继而得到附着机构的受力情况。可移动平台504的作用是便于调节并限制固定平板503的位置。
41.在上述实施例的基础上，本实用新型提供的一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，还包括辅助测试装置6；辅助测试装置6设置于主体框架1的顶部，且与整体附着机构506连接。整体附着机构测试装置5由辅助测试装置6进行附着测试，整体附着机构506在模拟岩石ⅱ505的表面附着，并通过辅助测试装置6对其重力进行卸载。
42.如图6-7所示，本实用新型的实施例中，辅助测试装置6包括缆绳ⅱ601、可调节配重602、定滑轮603、移动基座604及滑轨605，其中滑轨605沿水平方向设置于主体框架1的顶部，移动基座604与滑轨605滑动连接，定滑轮603安装在移动基座604上，并通过移动基座604可在滑轨605上移动；缆绳ⅱ601的一端与整体附着机构506连接，另一端经过定滑轮603后与可调节配重602连接，实现对整体附着机构506的卸载，定滑轮603安装在移动基座604上，并通过移动基座604可在滑轨605上移动。
43.本实施例中，所有的可移动直线导轨均采用丝杠丝母与直线导轨机构，实现直线往复运动的目的。
44.本实用新型提供的一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，其工作原理为：
45.(1)单一附着单元测试过程：单一附着单元203通过传感器ⅰ204与测试平台3相连接，另外单一附着单元203端部钩刺与支撑平台202接触。支撑平台202安装在可移动直线导轨i201的滑动基座上，通过可移动直线导轨 i201运动带动支撑平台202上下移动，继而实现单一附着单元203材料形变，结合传感器i204测试数据，可完成单一附着单元力学刚度性能测试。
46.(2)系列附着单元测试过程：传感器ⅲ408安装在可移动直线导轨ⅱ407 的滑动基座上，待测系列附着单元403与连杆组件402安装在可旋转基座401 上，可旋转基座401可以人工调节旋转角度或者自适应调节安装角度。同时，可旋转基座401通过传感器ⅲ408与可移动直线导轨ⅱ407的滑动基座连接，可移动直线导轨导轨ⅱ407的左右运动可使待测系列附着单元403与连杆组件 402左右运动，且在运动过程中测待测系列附着单元403末端钩刺可自适应钩附模拟岩石ⅰ404表面凹坑或凸起。传感器ⅳ413安装在可移动直线导轨ⅲ412 的滑动基座上，传感器ⅳ413的另一端与连杆组件402引出的缆绳ⅰ410连接，通过可移动直线导轨ⅲ412的滑动基座运动带动传感器ⅳ413收紧缆绳ⅰ410，继而使连杆组件402带动系列附着单元403在模拟岩石ⅰ404表面向内运动，在运动过程中系列附着单元403末端钩刺可自适应概率性钩附模拟岩石ⅰ404 表面凹坑或凸起，以此测得连杆组件402对可旋转基座401的作用力，以及缆绳ⅰ410拉紧连杆组件402时的张力，同时验证系列附着单元403自适应概率性钩附模拟岩石ⅰ404表面凹坑或凸起的效果。同时传感器ⅱ406可测得系列附着单元403对模拟岩石ⅰ404的作用力，根据力的相互作用原理可得到在系列附着单元403末端钩刺钩附过程中整体受力情况，以此完成系列附着单元测试。
47.(3)整体附着机构测试过程：整体附着机构506在模拟岩石ⅱ505表面附着，缆绳ⅱ601一端与整体附着机构506连接，另一端绕过定滑轮603与可调节配重602连接，同时定滑轮603与移动基座604连接，可通过移动基座 604在滑轨605上移动，以此实现对整体附着机构506的卸载。模拟岩石ⅱ505 安装在支撑板ⅱ501上，支撑板ⅱ501通过传感器v502与固定平板503连接，传感器v502可测得在整体附着机构506附着过程中，模拟岩石ⅱ505的受力情况，根据力的相互作用原理，继而得到整体附着机构506的受力情况，可移动平台504与固定平板503相抵连接便于调节并限制固定平板503的位置，以此完成整体附着机构测试。
48.本实用新型提供的一种小天体探测附着机构地面多模式力混合测试平台，可在地面完成对小天体探测附着机构的力学仿真测试与性能评估。该测试平台可完成单一附着单元刚度测试、系列附着单元力学测试与整体附着机构力学测试三种模式的力学测试实验。单一附着单元刚度测试装置通过安装于导轨上的支撑平台与拉力传感器配合，用于测试单一附着单元的刚度极限；系列附着单元力学测试装置通过安装在主体框架上的多组导轨与拉力传感器以及安装在测试平台上的多维传感器配和，用于测试系列附着单元机构在模拟岩石上的附着与脱附力学性能；整体附着机构力学测试装置通过安装在测试平台上的固定平板以及多维传感器配合，用于测试整个附着器在模拟岩石上的附着力学性能。若对该测试平台加以改造可将其应用于月球、火星等模拟力学实验附着装置的测试中。
49.本实用新型当具备集成度高，灵活性高等特点，保证其控制精度和安全性能。本实用新型满足应对小天体微重力耦合与补偿技术要求，具备高精度测控指标；该装置应具有
结构优化、负载适应能力强等特点，以便研究机构工作过程中与目标物质之间相互作用的力学机理特性。
50.以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。