技术特征：
1.一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置，其特征在于，所述测量装置包括悬浮测量平台、动力学特性测量部件、质心调节部件和控制部件；所述控制部件分别与所述动力学特性测量部件和所述质心调节部件通信连接；所述悬浮测量平台处于无摩擦的悬浮状态；空间操控机械臂位于所述悬浮测量平台上；所述动力学特性测量部件包括两个传感器组，每一所述传感器组均包括固定安装于所述悬浮测量平台相对侧壁的两个6维力传感器，所述6维力传感器的另一端均与地面基座固定连接；将同一所述传感器组内的两个所述6维力传感器的连线记为所述传感器组的连接线，两个所述传感器组的连接线相垂直，且所述连接线的交点与所述悬浮测量平台的中心相重合；所述6维力传感器用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，对所述空间操控机械臂产生的力矩进行测量，得到测量数据；所述测量数据包括沿所述6维力传感器三个测量轴线方向的测量力和测量力矩；所述质心调节部件安装于所述悬浮测量平台；所述质心调节部件用于在所述空间操控机械臂的运动过程中，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；所述控制部件用于控制所述空间操控机械臂模拟空间操控动作，并根据4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括支撑部件；所述支撑部件包括悬浮球轴承以及固定安装于所述地面基座上的轴承座；所述悬浮球轴承和所述轴承座相适配；所述悬浮球轴承固定安装于所述悬浮测量平台的下表面，且所述悬浮球轴承的中心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；所述轴承座与所述悬浮球轴承之间形成气膜，使所述悬浮测量平台处于无摩擦的悬浮状态。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述支撑部件还包括气源；所述气源固定安装于所述地面基座上，并位于所述轴承座内部；所述轴承座上设置有多个气流通孔；所述气源用于输出压缩气体；所述压缩气体通过所述气流通孔进入所述轴承座和所述悬浮球轴承之间，在所述轴承座和所述悬浮球轴承之间形成气膜。4.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述支撑部件还包括支撑柱；所述支撑柱安装于所述地面基座上；在非工作状态下，所述支撑柱从所述地面基座上升起，以支撑所述悬浮测量平台。5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，将所述6维力传感器与所述地面基座固定连接的一端记为固定端；所述地面基座上设置有滑槽；所述固定端位于所述滑槽内，并可沿所述滑槽上下移动，且所述固定端与所述滑槽间隙配合；在测量状态下，所述固定端通过螺母锁紧装置与所述滑槽固定连接。6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述质心调节部件包括多个调节组件；所述调节组件包括驱动件以及与所述驱动件传动连接的丝杠滑块机构；所述滑块为质量滑块。7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述控制部件包括安装于所述悬浮测量平台上的控制计算机和安装于所述地面基座上的数据采集与数据处理系统；所述控制计
算机和所述数据采集与数据处理系统无线通信连接；所述控制计算机用于控制所述空间操控机械臂模拟空间操控动作，控制所述质心调节部件进行质心调节，并采集4个所述6维力传感器的测量数据；所述数据采集与数据处理系统用于根据所述控制计算机所传输的4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性。8.一种空间操控复杂耦合动力学特性测量方法，利用权利要求1-7任一项所述的测量装置进行工作，其特征在于，所述测量方法包括：控制空间操控机械臂在处于无摩擦的悬浮状态的悬浮测量平台上模拟空间操控动作；在所述空间操控机械臂的运动过程中，实时控制质心调节部件进行质心调节，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上；接收4个6维力传感器在所述空间操控机械臂的运动过程中，对所述空间操控机械臂产生的力矩进行测量所得到的测量数据，并基于4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性；所述测量数据包括沿所述6维力传感器三个测量轴线方向的测量力和测量力矩。9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，在实时控制质心调节部件进行质心调节之前，所述测量方法还包括获取测量点与质心调节部件中滑块的位置之间的关系曲线，并依据所述关系曲线实时控制所述质心调节部件进行质心调节；其中，所述获取测量点与质心调节部件中滑块的位置之间的关系曲线具体包括：控制所述空间操控机械臂在处于无摩擦的悬浮状态的悬浮测量平台上模拟空间操控动作；在所述空间操控机械臂的运动过程中的每一个测量点，利用所述质心调节部件在所述测量点进行质心调节，使由所述空间操控机械臂和所述悬浮测量平台所组成的组合体的质心与所述悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上，并记录所述测量点对应的所述质心调节部件中滑块的位置；根据所述测量点与所述滑块的位置之间的对应关系绘制关系曲线。10.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述基于4个所述6维力传感器的测量数据计算所述空间操控机械臂的动力学特性具体包括：将两个传感器组分别记为第一传感器组和第二传感器组；以所述悬浮测量平台的中心为原点，以所述第一传感器组的连接线作为x轴，以所述第二传感器组的连接线作为y轴，以铅垂线作为z轴，建立所述悬浮测量平台的三维坐标系；所述6维力传感器的三个测量轴线方向与所述三维坐标系的三个坐标轴的方向相重合；根据所述第二传感器组内的两个所述6维力传感器沿z轴方向的测量力，计算得到沿x轴方向的计算力矩；对所述沿x轴方向的计算力矩和所述第一传感器组内的两个所述6维力传感器的沿x轴方向的测量力矩进行加权求和，得到沿x轴方向的组合力矩；根据所述第一传感器组内的两个所述6维力传感器沿z轴方向的测量力，计算得到沿y轴方向的计算力矩；对所述沿y轴方向的计算力矩和所述第二传感器组内的两个所述6维力传感器的沿y轴方向的测量力矩进行加权求和，得到沿y轴方向的组合力矩；根据所述第一传感器组内的两个所述6维力传感器沿y轴方向的测量力和所述第二传
感器组内的两个所述6维力传感器沿x轴方向的测量力，计算得到沿z轴方向的组合力矩；根据所述沿x轴方向的组合力矩、所述沿y轴方向的组合力矩和所述沿z轴方向的组合力矩计算得到输出力矩；所述输出力矩即为所述空间操控机械臂的动力学特性。
技术总结
本发明涉及一种空间操控复杂耦合动力学特性测量装置及测量方法，属于航天器地面仿真技术领域。使用6维力传感器完成空间操控机械臂动力学特性的测量，可以测量沿空间任意方向的力矩，同时设置有质心调节部件，能够在空间操控机械臂的运动过程中，使由空间操控机械臂和悬浮测量平台所组成的组合体的质心与悬浮测量平台的中心处于同一铅垂线上，去除重力矩的影响，大大提高测量精度。大大提高测量精度。大大提高测量精度。
技术研发人员：马广程 徐珂雨 夏红伟 王常虹 李莉 温奇咏 李同顺 朱文山
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/8/16