空间微重力地面模拟试验系统智能控制器设计

齐乃明，张文辉，马 静，霍明英

(1.哈尔滨工业大学 航天学院，150001哈尔滨，hit－zwh@126.com;2.东北农业大学 工程学院，150001哈尔滨)

在地面建立模拟太空的微重力环境来验证空间机器人的性能已成为最有效、最经济的手段.世界各国模拟太空环境的方式到目前为止主要有[1－2]:悬吊法，水浮法、气浮法、自由落体运动法.悬吊法是通过吊丝的垂直拉力来平衡机器人自身重力，但该方法系统复杂，吊丝易倾斜晃动，上方导轨布局复杂困难，且只能试验轻载机器人，否则运动阻力更大，重力补偿精度不高.美国卡耐基梅隆大学研制的SM2地面试验系统[3]采用此方法.自由落体法是在高空上或者近真空的落塔(例如著名的德国不莱梅落塔)中令试验目标物做平抛运动，缺点是造价昂贵、试验时间短.目前国内外已很少使用，NASDA曾在日本微重力试验室进行过此类研究[4].水浮法是指利用水的浮力来平衡机械臂自身的重力，通过精确调整漂浮器的浮力，使目标物所受的向上水浮力与向下重力平衡.水浮法易受水的阻力和紊流的影响，成本高，且要求试验期间密封性非常好.马里兰大学研制的Ranger试验系统[5]及哈尔滨工业大学研制的宇航员太空模拟系统采用此方法.气浮法是目前空间机器人微重力环境模拟应用最广泛的方法，是利用气浮轴承，将机器人托在平整光滑的平台上，利用喷气悬浮力抵消机器人的重力.气浮法结构简单，承载能力大，且具有建造周期短、费用低、易于实……