本發明涉及空間環境的地面模擬裝置領域，尤其涉及天體的地面模擬裝置，具體是一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置。
背景技術：
1、小、微行星探測任務是行星探測重大工程的標志性項目，也是中國航天強國建設征程的標志性任務。在深空探測領域，目前除了月球探測和火星探測，小、微行星探測也逐漸成為目前深空探測領域的熱點，越來越受到各國的重視。對小、微行星進行探測可以讓人類更好了解宇宙的演化、太陽系的形成和生命的形成，從而得到更多科學結論。在開辟新疆域、揭示生命起源、推動技術進步、開發天然資源、保護地球安全方面意義重大，影響深遠，此外隨著空間環境中越來越多的太空垃圾等空間漂浮物體的出現不僅給航天事業帶來巨大隱患，而且還污染了宇宙空間，給人類帶來災難，在上述領域中都亟需切實可行的空間漂浮物體攔截、捕獲乃至資源采集技術。
2、符合空間中的物理規律，貼近真實情況的空間漂浮物體地面模擬裝置對所述技術的發展至關重要，除了對空間漂浮物體的物理性質進行模擬外，地面模擬裝置的模擬重點還應在于對真空、微重力環境下空間漂浮物體的六自由度運動的模擬，一套能夠在對空間漂浮物體的基本物理性質進行還原基礎上還能夠模擬空間環境中空間漂浮物體的六自由度運動的模擬裝置對于空間漂浮物體攔截、捕獲乃至空間資源采集領域的研究而言都是不可或缺的。
技術實現思路
1、針對上述問題，本發明提出一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，相比于大型真空、微重力環境模擬裝置，其成本低廉，而相比于一般的只對空間漂浮物體的物理性質進行模擬而不模擬空間環境中天體運動的裝置，其能更為真實、準確的模擬真空、微重力環境下空間漂浮物體的六自由度運動，為空間漂浮物體體攔截、捕獲等相關研究領域提供了低成本且擬真度高的地面空間漂浮物體模擬目標，進一步推動領域內相關研究的進展。
2、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，包括中心主體部分和外側姿態模擬部分。
3、所述中心主體部分包括移動組件與中心主體支撐結構。移動組件安裝于中心主體支撐結構底部，采用四個涵道風扇形成的四旋翼無人機構型或多舵面共軸雙槳結構的共軸雙槳無人機構型。主體支撐部分上還搭載有深度相機、控制組件、電池與配重塊，使中心主體部分質心位于自身中軸線上。
4、上述中心主體部分位于外側姿態模擬部分內部；兩者之間通過俯仰方向驅動電機、電機連接軸、內部圓環結構、滾轉方向驅動電機、電機連接件、外部圓環結構與中心主體部分間連接。
5、所述俯仰方向驅動電機為兩個，底部通過螺栓分別與移動組件載板前緣與后緣中間位置固連，且輸出軸分別沿前后y軸方向設置。兩個俯仰方向驅動電機的輸出軸上同軸固定有電機連接軸，電機連接軸的輸出端與內部圓環結構周向相對位置固連。滾轉方向驅動電機為兩個，分別與內部圓環結構周向相對位置固連。兩個滾轉方向驅動電機輸出軸同軸設置，分別朝向左右x軸方向，連接外部圓環結構。外部圓環結構固定安裝于外殼中部，周向相對位置安裝有兩個電機連接件，兩個電機連接件相對一側與兩個滾轉方向驅動電機輸出軸間固連。
6、通過上述移動組件實現裝置整體的空間三軸移動以及偏航；通過俯仰方向驅動電機與滾轉方向驅動電機實現裝置整體的俯仰和滾轉。
7、本發明的優點在于：
8、1、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，具有實現移動模擬的中心主體部分、實現姿態模擬的外側姿態模擬部分以及用于模擬控制的傳感組件以及控制組件，能夠對模擬目標的形狀、質量、質心位置、空間失重條件下的六維運動特性等關鍵特性進行模擬，為空間漂浮物體攔截、捕獲等相關研究、地面實驗領域提供了貼近真實情況的動態目標物。
9、2、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其移動模擬組件通過多旋翼或單涵道風扇加舵面控制的方式通過裝置自身獨立實現對空間漂浮物體空間失重環境下三維運動的模擬，上述驅動部分通過內置電池供電，從而無需外部臺架支撐或連接外部線纜，即可實現大范圍三自由度運動。
10、3、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其姿態模擬組件通過對移動模擬組件進行控制的方式實現圍繞機體質心沿機體偏航方向的姿態調整，通過兩組電機或舵機驅動圍繞機體質心沿機體俯仰及滾轉方向的姿態調整，相比于現有技術，其可以在實現圍繞三維姿態調整的同時與自身的空間移動互相解耦，即裝置可以在進行任意三維空間移動的同時進行任意的三維姿態的調整，從而實現對與空間漂浮物體的空間六自由度運動模擬。
11、4、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其傳感組件可以通過深度相機配合視覺定位程序的方式實現定位功能，通過內置氣壓計對機體高度定位進行校準，通過內置imu獲取機體的當前姿態、角速度等信息，從而無需依賴任何外部傳感器，能夠在多種環境中進行部署。
12、5、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其控制組件可以接收傳感信息，通過控制算法計算控制指令從而實現對于裝置空間移動過程中的加速度、速度和位置的控制，此外還可以同步實現對于裝置姿態角度、角速度的控制，因此除了空間位置和姿態的模擬外，本發明還可以在一定范圍內實現對于空間漂浮物體速度、加速度、姿態變化的模擬，擴大了模擬裝置的可模擬范圍，增強了模擬結果的準確性。
13、6、本發明地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，可以通過更換不同形狀的裝置外殼以及調整內部配重塊實現對于具有不同形狀、質量、質心位置的空間漂浮物體的模擬，更換操作簡便快速，無需更換裝置的主體部分即可快速實現對于不同物理性質的空間漂浮物體的模擬。
1.一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：包括中心主體部分和外側姿態模擬部分；
2.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：主體支撐結構包括控制與傳感組件載板、銅柱、中部支撐板與移動組件載板；控制與傳感組件載板、中部支撐板與移動組件載板均設計為具有周向四條梁的x型結構，按照從上到下的順序通過周向上多組銅柱實現固定連接；其中，控制與傳感器組件上搭載有飛行控制器、深度相機與機載電腦；中部支撐板上搭載有電池；移動組件載板上搭載有配重塊。
3.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：四個涵道風扇形成的四旋翼無人機構型中，四個涵道風扇結構相同，由無刷電機、涵道風扇組成；其中，四個涵道風扇中的無刷電機的機體末端分別固定安裝于電機載板周向四端下表面上，輸出軸垂直于小型電機載板，且同軸固定有小型涵道風扇；四個小型無刷電機到中心主體部分質心距離相同；四個小型無刷電機中，相鄰的兩個小型無刷電機的輸出軸旋轉方向相反，對應的小型涵道風扇的扇葉形狀相反。
4.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：多舵面共軸雙槳結構的共軸雙槳無人機構型包括共軸無刷電機、共軸涵道風扇、舵面驅動電機、舵面支撐結構件以及舵面結構件；
5.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：外殼為由左部殼體與右殼體構成的中部圓筒結構兩端球面結構的膠囊型框架；兩者左右端面周向插接，并通過周向上的螺釘固定，具有前后同軸布置的前部圓環支撐架、中間圓環安裝架與后部圓環支撐架，以及三者兩兩之間周向等角度間隔布置的連接梁；進一步，通過緊密交錯排布連桿構成整體外形。
6.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：還具有三條支腳構成的起落架，起落架具有整體環形框架，環形框架周向上等角度間隔安裝有3條等長的桿狀支腳，支腳沿環形框架軸向設置，頂端與圓環框架底面固連，底端可包覆減震球，且與環形框架軸線間呈30度夾角。
7.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：移動組件采用四個涵道風扇形成的四旋翼無人機構型的控制方式為：
8.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：移動組件采用多舵面共軸雙槳結構的共軸雙槳無人機構型的控制的方式為：
9.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：沿中心主體部分俯仰及滾轉方向姿態調整方式為：通過飛行控制器調節任一組俯仰方向驅動電機的輸出軸位置實現沿中心主體部分俯仰方向的姿態調節控制；通過飛行控制器調節任一組滾轉方向驅動電機的輸出軸位置實現沿中心主體部分滾轉方向的姿態調節控制。
10.如權利要求1所述一種地面環境下模擬空間漂浮物體的裝置，其特征在于：控制方式為上電開啟后，飛行控制器初始化進行姿態初始化調整，調整后的外側姿態模擬部分的軸線與小型無刷電機電機輸出軸平行，將裝置沿外側姿態模擬部分的軸線方向布置于起落架中央通過起落架進行支撐；隨后根據不同的運動模擬要求，生成模擬所需的期望運動信息并將所述信息錄入機載電腦；錄入完成后，飛行控制器運行起飛檢測程序，通過飛行控制器內部的imu和氣壓計數據判斷裝置是否滿足起飛條件，如果起飛條件滿足，飛行控制器通過通信線纜向機載電腦傳輸對應信號，機載電腦通過對應通信線纜向深度相機傳輸對應控制信號，啟動深度相機；深度相機初始化后將采集的深度信息以及自身狀態信息通過對應通信線纜傳輸至機載電腦；機載電腦運行視覺定位程序，通過深度相機的回傳深度數據，計算裝置當前位置；計算完成后，機載電腦通過自身運行的位置信息檢測及濾波程序對通過計算獲得的位置信息進行檢測及濾波，位置信息達到精度要求后，機載電腦通過對應的通信線纜將濾波后的位置信息以及起飛指令發送至飛行控制器，飛行控制器在接收到完整的起飛指令及位置信息后，通過運行的級聯pid算法程序，利用自身的姿態信息以及獲得的位置信息計算移動組件中各個飛行控制電機的控制指令，飛行控制器將控制指令傳輸給對應受控電機。