RU220530U1 - Two-axis motorized gimbal for CubeSats - Google Patents

Two-axis motorized gimbal for CubeSats Download PDF

Info

Publication number
RU220530U1
RU220530U1 RU2023114805U RU2023114805U RU220530U1 RU 220530 U1 RU220530 U1 RU 220530U1 RU 2023114805 U RU2023114805 U RU 2023114805U RU 2023114805 U RU2023114805 U RU 2023114805U RU 220530 U1 RU220530 U1 RU 220530U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
platform
satellite
gimbal
satellites
vertical plane
Prior art date
Application number
RU2023114805U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Фомин
Илья Александрович Рябов
Дмитрий Сергеевич Дубровский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Амурский государственный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU220530U1 publication Critical patent/RU220530U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым для проведения наземных испытаний спутников стандарта CubeSat при проверке на электромагнитную совместимость их бортового оборудования. Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, направлена на создание двухосевого моторизированного подвеса для спутников стандарта CubeSat. Данный подвес необходим для проведения наземных испытаний спутников при проверке на электромагнитную совместимость их бортового оборудования. При этом спутник, закреплённый на подвесе, должен поворачиваться сервоприводами подвеса на 360° в горизонтальной плоскости и на ±70° в вертикальной плоскости, перпендикулярно направлению своего вращения. Изменение положения спутника в вертикальной плоскости, осуществляемое с помощью подвеса, должно фиксироваться независимым датчиком контроля угла наклона космического аппарата. В целом подвес должен имитировать отклонение положения спутника относительно Земли во время нахождения на орбите. Поставленная техническая задача решается за счёт того, что двухосевой моторизированный подвес выполняется на основе платформы для роботизированного манипулятора, включающей в себя площадку с закреплённым на ней сервоприводом основания для поворота на 360° в горизонтальной плоскости площадки на подшипнике с установленным на неё сервоприводом плеча, осуществляющим вращение подвижной скобы в вертикальной плоскости, при этом к скобе прикрепляется оснастка в виде площадки с уголками для фиксации на ней спутника стандарта CubeSat, снабжённая независимым датчиком контроля за углом наклона космического аппарата. The utility model relates to rocket and space technology, namely to devices used for ground testing of CubeSat standard satellites when checking the electromagnetic compatibility of their on-board equipment. The technical problem solved by the proposed utility model is aimed at creating a two-axis motorized gimbal for CubeSat standard satellites. This suspension is necessary for ground testing of satellites when checking the electromagnetic compatibility of their on-board equipment. In this case, the satellite mounted on the gimbal must be rotated by the gimbal servos by 360° in the horizontal plane and by ±70° in the vertical plane, perpendicular to the direction of its rotation. A change in the position of the satellite in the vertical plane, carried out using a gimbal, must be recorded by an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft. In general, the gimbal should simulate the deviation of the satellite’s position relative to the Earth while in orbit. The stated technical problem is solved due to the fact that the two-axis motorized suspension is made on the basis of a platform for a robotic manipulator, which includes a platform with a base servo drive mounted on it for rotation 360° in the horizontal plane of the platform on a bearing with an arm servo drive mounted on it, performing rotation a movable bracket in a vertical plane, while equipment in the form of a platform with corners is attached to the bracket for fixing a CubeSat standard satellite on it, equipped with an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft.

Description

Полезная модель относится к ракетно-космической технике, а именно к устройствам, используемым для проведения наземных испытаний спутников стандарта CubeSat при проверке на электромагнитную совместимость их бортового оборудования. The utility model relates to rocket and space technology, namely to devices used for ground testing of CubeSat standard satellites when checking the electromagnetic compatibility of their on-board equipment.

Подвесы нашли широкое применение в ракетно-космической технике. Из уровня техники известны разнообразные конструкции подвесов. Так в RU 172067 представлена система обезвешивания космического аппарата, при его наземной отработке, с одноосным вращением аппарата на гибком тросовом подвесе. В RU 197678 представлена конструкция содержащая опору, подвижную платформу для закрепления на ней объекта испытаний с возможностью осуществления углового перемещения, систему балансировки платформы, где опора содержит статическую часть опоры с направляющими, арретирующее устройство, закреплённое на статической части опоры с возможностью вертикального перемещения по направляющим. В RU 210668 в качестве подвеса предлагается использовать сферу, которая, частично погружаясь, может свободно вращаться в центре цилиндрической ёмкости с водой, обеспечивая спутнику три вращательные степени свободы. Suspensions have found wide application in rocket and space technology. Various designs of suspensions are known from the prior art. Thus, RU 172067 presents a system for deweighting a spacecraft during its ground testing, with uniaxial rotation of the device on a flexible cable suspension. RU 197678 presents a structure containing a support, a movable platform for fixing a test object on it with the possibility of angular movement, a platform balancing system, where the support contains a static part of the support with guides, a locking device mounted on the static part of the support with the possibility of vertical movement along the guides. RU 210668 proposes using a sphere as a suspension, which, being partially submerged, can rotate freely in the center of a cylindrical container of water, providing the satellite with three rotational degrees of freedom.

В большинстве своём подвесы, включая рассмотренные выше, используются для испытания и верификации систем ориентации и стабилизации спутников. Изменение положения спутника, с использованием таких подвесов, осуществляется собственными поворотными системами космических аппаратов. Однако существуют задачи наземной отработки спутников, требующие использования моторизованных подвесов. Так, в RU 217382, при проведении тестирования спутника стандарта CubeSat на электромагнитную совместимость бортового оборудования, рассматривается необходимость использования моторизованного подвеса, позволяющего проводить испытания спутника в различных его ориентациях относительно приёмопередающей антенны стенда. Конструкция подвеса при этом не описана. For the most part, gimbals, including those discussed above, are used to test and verify satellite orientation and stabilization systems. Changing the position of the satellite, using such gimbals, is carried out by the spacecraft’s own rotating systems. However, there are tasks for ground testing of satellites that require the use of motorized gimbals. Thus, in RU 217382, when testing a satellite of the CubeSat standard for electromagnetic compatibility of on-board equipment, the need to use a motorized gimbal is considered, which allows testing the satellite in its various orientations relative to the transceiver antenna of the stand. The design of the suspension is not described.

Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели является платформа для роботизированного манипулятора, описанная в «Design and fabrication of arduino based robotic ARM» / J. Sai Dilip, K.Srinivasrao, M. Sai Anudeep, D.Laxman Shyam, M. Manohar, Dr. S. Ramana Babu Sir (Asst Professor) //International Journal of Research Publication and Reviews, Vol 3, no 5, 2022, pp 453-462. Данная платформа нашла широкое применение при проектировании и изготовлении разнообразных роботизированных манипуляторов, в частности с использованием систем аппаратно-программных средств Arduino. Платформа позволяет осуществлять в горизонтальной плоскости поворот манипулятора на 360° благодаря сервоприводу основания, жёстко закрепляемого в нижней части платформы. Плечо манипулятора размещается на вращаемой сервоприводом основания поверхности снабжённой подшипником. Поворот плеча манипулятора на заданный угол в вертикальной плоскости осуществляется с помощью сервопривода плеча. Далее на каждом элементе сгиба манипулятора, включая его захват, используется отдельно выделенный сервопривод. The closest analogue of the proposed utility model is the platform for a robotic manipulator, described in “Design and fabrication of arduino based robotic ARM” / J. Sai Dilip, K. Srinivasrao, M. Sai Anudeep, D. Laxman Shyam, M. Manohar, Dr. S. Ramana Babu Sir (Asst Professor) //International Journal of Research Publication and Reviews, Vol 3, no 5, 2022, pp 453-462. This platform has found wide application in the design and manufacture of various robotic manipulators, in particular using Arduino hardware and software systems. The platform allows the manipulator to be rotated 360° in the horizontal plane thanks to the servo drive of the base, rigidly fixed at the bottom of the platform. The arm of the manipulator is placed on a surface equipped with a bearing, rotated by a servo drive. The rotation of the manipulator arm to a given angle in the vertical plane is carried out using a servo drive of the arm. Next, a separately dedicated servo drive is used on each bending element of the manipulator, including its grip.

Рассмотренная платформа широко используется для роботизированных манипуляторов, однако не предусматривает оснастку для установки и закрепления на ней спутников стандарта CubeSat, а также измерительных устройств.The considered platform is widely used for robotic manipulators, but does not provide equipment for installing and securing CubeSat satellites, as well as measuring devices, on it.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, направлена на создание двухосевого моторизированного подвеса для спутников стандарта CubeSat. Данный подвес необходим для проведения наземных испытаний спутников при проверке на электромагнитную совместимость их бортового оборудования. При этом спутник, закреплённый на подвесе, должен поворачиваться сервоприводами подвеса на 360° в горизонтальной плоскости и на ±70° в вертикальной плоскости, перпендикулярно направлению своего вращения. Изменение положения спутника в вертикальной плоскости, осуществляемое с помощью подвеса, должно фиксироваться независимым датчиком контроля угла наклона космического аппарата. В целом подвес должен имитировать отклонение положения спутника относительно Земли во время нахождения на орбите. The technical problem solved by the proposed utility model is aimed at creating a two-axis motorized gimbal for CubeSat standard satellites. This suspension is necessary for ground testing of satellites when checking the electromagnetic compatibility of their on-board equipment. In this case, the satellite mounted on the gimbal must be rotated by the gimbal servos by 360° in the horizontal plane and by ±70° in the vertical plane, perpendicular to the direction of its rotation. The change in the position of the satellite in the vertical plane, carried out using a gimbal, must be recorded by an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft. In general, the gimbal should simulate the deviation of the satellite’s position relative to the Earth while in orbit.

Предлагаемое нами устройство будет размещаться вместе с установленным и закреплённым на нем спутником внутри камеры, входящей в состав стенда, например, описанного в RU 217382. Далее, в соответствии с программой испытаний, подвесом будут осуществляться повороты и наклоны спутника относительно приёмопередающей антенны стенда.The device we propose will be placed together with the satellite installed and secured on it inside a camera included in the stand, for example, described in RU 217382. Further, in accordance with the test program, the suspension will rotate and tilt the satellite relative to the transceiver antenna of the stand.

Отличие от ближайшего аналога заключается в следующем:The difference from the closest analogue is as follows:

1. Наличие оснастки удерживающей спутник на подвесе.1. Availability of equipment holding the satellite on a suspension.

2. Наличие независимого датчика контроля за углом наклона космического аппарата.2. The presence of an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft.

Поставленная техническая задача решается за счёт того, что двухосевой моторизированный подвес выполняется на основе платформы для роботизированного манипулятора, включающей в себя площадку с закреплённым на ней сервоприводом основания для поворота на 360° в горизонтальной плоскости площадки на подшипнике с установленным на неё сервоприводом плеча, осуществляющим вращение подвижной скобы в вертикальной плоскости, при этом к скобе прикрепляется оснастка в виде площадки с уголками для фиксации на ней спутника стандарта CubeSat, снабжённая независимым датчиком контроля за углом наклона космического аппарата.The stated technical problem is solved due to the fact that the two-axis motorized suspension is made on the basis of a platform for a robotic manipulator, which includes a platform with a base servo drive mounted on it for rotation 360° in the horizontal plane of the platform on a bearing with an arm servo drive mounted on it, performing rotation a movable bracket in a vertical plane, while equipment in the form of a platform with corners is attached to the bracket for fixing a CubeSat standard satellite on it, equipped with an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft.

Двухосевой моторизованный подвес для спутников стандарта CubeSat представлен на следующих чертежах: A two-axis motorized gimbal for CubeSat satellites is shown in the following drawings:

фиг. 1 – Общий вид двухосевого моторизованного подвеса в сборе с установленным на него спутником стандарта CubeSat 1U;fig. 1 – General view of the two-axis motorized gimbal assembly with a CubeSat 1U satellite installed on it;

фиг. 2 – Вид двухосевого моторизованного подвеса без устройства управления;fig. 2 – View of a two-axis motorized gimbal without a control device;

фиг. 3 – Фотография лабораторного прототипа двухосевого моторизованного подвеса с установленным на него макетом спутника стандарта CubeSat 1U.fig. 3 – Photo of a laboratory prototype of a two-axis motorized gimbal with a mock-up of a CubeSat 1U standard satellite installed on it.

Устройство состоит из моторизированной платформы и оснастки для закрепления и удержания спутника на ней. Моторизированная платформа жёстко закрепляется с помощью стоек 10 на основании 11, имеющей ножки 12 с резьбой для регулировки по высоте положения подвеса относительно горизонтальной плоскости стола, на который он устанавливается. В состав моторизованной платформы входят: площадка 5 с закреплённым на ней сервоприводом основания 6 для поворота на 360° площадки 8, на которой установлен сервопривод плеча 4, осуществляющий перемещение подвижной скобы 3, при этом кольца 9 удерживают подшипник площадки 8. Оснастка для закрепления и удержания спутника включает в себя площадку 2, закреплённую на подвижной скобе 3 для перемещения спутника в вертикальной плоскости сервоприводом плеча 4, при этом уголки 1 служат для фиксации спутника, а датчик 7 – для контроля за углом наклона спутника.The device consists of a motorized platform and equipment for securing and holding the satellite on it. The motorized platform is rigidly fixed using racks 10 on a base 11, which has legs 12 with threads for adjusting the height of the suspension position relative to the horizontal plane of the table on which it is installed. The motorized platform includes: a platform 5 with a base servo drive 6 attached to it for rotating the platform 8 by 360°, on which a servo drive of the arm 4 is installed, which moves the movable bracket 3, while the rings 9 hold the bearing of the platform 8. Equipment for fastening and holding The satellite includes a platform 2, fixed to a movable bracket 3 for moving the satellite in a vertical plane using a servo drive of the arm 4, while the corners 1 serve to fix the satellite, and the sensor 7 serves to control the angle of inclination of the satellite.

Устройство используется следующим образом. Спутник стандарта CubeSat устанавливается на площадку подвеса, содержащую уголки, и фиксируется с помощью винтов. Устройство управления, на основе микроконтроллера и его программы, задает необходимые углы для горизонтального и вертикального поворотов спутника, осуществляемых с помощью сервоприводов основания и плеча соответственно. Независимый датчик контроля за углом наклона спутника, расположенный на площадке вместе со спутником, используется для калибровки сервопривода плеча и для независимого контроля за углом наклона космического аппарата. The device is used as follows. The CubeSat standard satellite is installed on a suspension platform containing angles and fixed with screws. The control device, based on a microcontroller and its program, sets the necessary angles for horizontal and vertical rotations of the satellite, carried out using servos of the base and arm, respectively. An independent satellite tilt control sensor, located on the pad with the satellite, is used to calibrate the arm servo and to independently control the spacecraft's tilt angle.

Список использованных источников:List of sources used:

1. Патент RU 1720671. Patent RU 172067

2. Патент RU 1976782. Patent RU 197678

3. Патент RU 2106683. Patent RU 210668

4. Патент RU 2173824. Patent RU 217382

5. «Design and fabrication of arduino based robotic ARM» / J. Sai Dilip, K.Srinivasrao, M. Sai Anudeep, D.Laxman Shyam, M. Manohar, Dr. S. Ramana Babu Sir (Asst Professor) //International Journal of Research Publication and Reviews, Vol 3, no 5, 2022, pp 453-462. 5. “Design and fabrication of arduino based robotic ARM” / J. Sai Dilip, K. Srinivasrao, M. Sai Anudeep, D. Laxman Shyam, M. Manohar, Dr. S. Ramana Babu Sir (Asst Professor) //International Journal of Research Publication and Reviews, Vol 3, no 5, 2022, pp 453-462.

Claims (1)

Двухосевой моторизованный подвес для спутников стандарта CubeSat, выполненный в виде платформы, включающей в себя площадку с закреплённым на ней сервоприводом основания для поворота на 360° в горизонтальной плоскости площадки на подшипнике с установленным на неё сервоприводом плеча, осуществляющим вращение подвижной скобы в вертикальной плоскости, отличающийся тем, что к скобе прикрепляется оснастка в виде площадки с уголками для фиксации на ней спутника стандарта CubeSat, снабжённая независимым датчиком контроля за углом наклона космического аппарата.A two-axis motorized gimbal for satellites of the CubeSat standard, made in the form of a platform, including a platform with a base servo drive mounted on it for rotation 360° in the horizontal plane of the platform on a bearing with an arm servo drive installed on it, rotating the movable bracket in the vertical plane, different in that equipment is attached to the bracket in the form of a platform with corners for fixing a CubeSat standard satellite on it, equipped with an independent sensor for monitoring the angle of inclination of the spacecraft.
RU2023114805U 2023-06-06 Two-axis motorized gimbal for CubeSats RU220530U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU220530U1 true RU220530U1 (en) 2023-09-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172067U1 (en) * 2016-12-26 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Spacecraft weightless system for ground-based mining
CN104942775B (en) * 2015-06-01 2017-12-22 东南大学 Servo-type multi-station turning table and its precision characteristic test device
RU2674423C2 (en) * 2017-05-11 2018-12-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" Method for vertical dynamic balancing of workpiece
RU2677942C2 (en) * 2017-03-17 2019-01-22 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of decontamination and excitation of vibrations in modal tests and device for its implementation
RU197678U1 (en) * 2020-01-15 2020-05-21 Общество с ограниченной ответственностью "СТК Инжиниринг" DEVICE FOR TESTING SYSTEMS OF ORIENTATION AND STABILIZATION OF SMALL SPACE VEHICLES

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104942775B (en) * 2015-06-01 2017-12-22 东南大学 Servo-type multi-station turning table and its precision characteristic test device
RU172067U1 (en) * 2016-12-26 2017-06-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Spacecraft weightless system for ground-based mining
RU2677942C2 (en) * 2017-03-17 2019-01-22 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Method of decontamination and excitation of vibrations in modal tests and device for its implementation
RU2674423C2 (en) * 2017-05-11 2018-12-10 Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" Method for vertical dynamic balancing of workpiece
RU197678U1 (en) * 2020-01-15 2020-05-21 Общество с ограниченной ответственностью "СТК Инжиниринг" DEVICE FOR TESTING SYSTEMS OF ORIENTATION AND STABILIZATION OF SMALL SPACE VEHICLES

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6524100B2 (en) Platform stabilization system
CA2088381C (en) Gimbal vibration isolation system
US5419521A (en) Three-axis pedestal
Kim et al. Automatic mass balancing of air-bearing-based three-axis rotational spacecraft simulator
US6611662B1 (en) Autonomous, self leveling, self correcting stabilized platform
CN109270552A (en) A kind of Review for Helicopter laser radar laser scanning stabilization of carriage angle method and apparatus
JPS6115361B2 (en)
US20160163218A1 (en) Angularly Unbounded Three-Axis Spacecraft Simulator
JP7114265B2 (en) Unmanned aerial vehicle gimbal mechanism
US8564499B2 (en) Apparatus and system for a double gimbal stabilization platform
US4582291A (en) Mechanically stabilized platform system
Reichel et al. The attitude determination and control system of the picosatellite uwe-3
RU220530U1 (en) Two-axis motorized gimbal for CubeSats
Ivanov et al. Laboratory facility for microsatellite mock-up motion simulation
KR20050105369A (en) Apparatus for attitude determination test of star-sensor and method for display of imaginary constellation
US3664200A (en) Stable base mounts
Smith Dynamic simulators for test of space vehicle attitude control systems
RU2512257C1 (en) Telescope mount
JPH11218471A (en) Motion testing apparatus
CN114770473B (en) Three-degree-of-freedom ball ring type gesture-adjusting parallel stable platform and use method thereof
CN111023904A (en) Spherical motion detection active implementation method
Bolotskikh et al. Nanosatellite Attitude Motion Determination Algorithms Study Using Laboratory Facility
KR100377591B1 (en) Motion Guide System for 6 Degree-of-freedom Motion
MARIANI Design and development of a small satellites three axis attitude simulation platform
NZ722456B2 (en) Platform stabilization system