CN100361869C - 六自由度重力平衡机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机械工程，具体是一种六自由度重力平衡机构。由支座、第一～七转动副、平衡器，第一移动副、球副、兜吊环组成，其中：第一转动副和支座相连接，第二转动副和第一转动副连接，第一移动副和第三转动副相连接，第四转动副和第七转动副之间的刚性连接杆和第一移动副之间以第三转动副连接，兜吊环与第六转动副与第五转动副相连接。本发明解决了地面模拟太空失重环境中的物体自由状态的问题。

Description

六自由度重力平衡机构
技术领域
本发明涉及机械工程，具体是一种六自由度重力平衡机构。
背景技术
目前，在地面模拟太空环境时，试验装置或物体需处于失重状态，这就需要对装置或物体进行重力平衡。在现有技术中，对装置或物体进行重力平衡一般采用挂重物的方式，这种方式提供的自由度有限，不能满足在太空中失重物体的状态情况。然而根据太空中物体的自由状态，在平衡掉重力的情况下，还需提供物体六个自由度，即三个移动和三个转动，并且在各回转运动过程中，转动中心保持不变，不产生派生运动。但这种六自由度机构还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种六自由度重力平衡机构，可以解决地面模拟太空失重环境中的物体自由状态问题。
本发明的目的是这样实现的：由支座、第一～二转动副、平衡器、第一移动副、第三转动副、球副、第四～五转动副、兜吊环、第六～七转动副组成，其中：第一转动副和支座相连接，第二转动副和第一转动副连接，第一移动副和第三转动副相连接，第四转动副和第七转动副之间的刚性连接杆和第一移动副之间以第三转动副连接，兜吊环与第六转动副与第五转动副相连接；
其中第七转动副、第四转动副与第六转动副、第五转动副铅垂设置，它们所在轴相互垂直；其中平衡器可以为弹簧平衡器、力矩电机或伺服电机。
本发明具有如下优点：
1.本发明机构简单、成本低。
2.本发明提供的转动运动没有派生运动。本发明的设计根据太空中物体的自由状态，在平衡掉重力的情况下，提供物体六个自由度，即三个移动和三个转动，采用本发明，可以解决地面模拟太空失重环境中的物体自由状态问题，同时在各回转运动过程中，转动中心保持不变，不产生派生运动。
3.本发明在重力平衡时，引入的干扰力和转动惯量小，并且响应频率高。
4.本发明容易实现，适用范围广。
附图说明
图1为本发明六自由度重力平衡机构简图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明由支座1，第一转动副2，第二转动副3，平衡器4，第一移动副5，第三转动副6，球副7，第四转动副8，第五转动副9，兜吊环10，第六转动副11和第七转动副12组成，其中：第一转动副2和支座1相连接，第二转动副3和第一转动副2连接，第一移动副5和第三转动副6相连接，第四转动副8和第七转动副12之间的刚性连接杆和第一移动副5之间以第三转动副6连接，第五转动副9、第六转动副11、第七转动副12和第四转动副8之间的运动状态构成一个平行四边形，该四边形可实现第四转动副8和第七转动副12之间、第五转动副9和第六转动副11之间的刚性杆分别绕球副7和O点转动而O点不移动，兜吊环10与第六转动副11与第五转动副9相连接；其中：第四转动副8，第五转动副9，兜吊环10，第六转动副11和第七转动副12在重力作用下，第七转动副12、第四转动副8与第六转动副11、第五转动副9在放置的位置上是铅垂的，它们的所在轴相互垂直。
本发明整个机构提供6个自由度，即：兜吊环10兜吊需要平衡的物体，物体的转动中心位于O点，第一转动副2和第二转动副3构成平面转动机构，提供物体两个平面运动，平衡器4为力平衡装置，可以为弹簧平衡器、力矩电机或伺服电机等，该装置输出的力，恰好平衡物体的重量，第一移动副5提供一个沿铅垂方向的上下移动自由度，第三转动副6提供物体一个绕铅垂轴线转动自由度，并通过回转中心O点，球副7、第四转动副8、第七转动副12三个运动副提供物体一个绕O点在铅垂平面内的转动自由度，第五转动副9、第六转动副11提供物体另一个转动自由度，三个转动自由度正交，回转轴线均通过O点。当物体的重量被平衡后，根据该机构提供的六个自由度，物体可以根据规划的轨迹运动而不受自由度的限制。
本发明整个机构可试用到空间对接机构缓冲试验台上。

Claims (3)

1.一种六自由度重力平衡机构，其特征在于：由支座(1)、第一～二转动副(2～3)、平衡器(4)、第一移动副(5)、第三转动副(6)、球副(7)、第四～五转动副(8～9)、兜吊环(10)、第六～七转动副(11～12)组成，其中：第一转动副(2)和支座(1)相连接，第二转动副(3)和第一转动副(2)连接，第一移动副(5)和第三转动副(6)相连接，第四转动副(8)和第七转动副(12)之间的刚性连接杆和第一移动副(5)之间以第三转动副(6)连接，兜吊环(10)与第六转动副(11)与第五转动副(9)相连接。
2.按权利要求1所述六自由度重力平衡机构，其特征在于：其中第七转动副(12)、第四转动副(8)与第六转动副(11)、第五转动副(9)铅垂设置，它们所在轴相互垂直。
3.按权利要求1所述六自由度重力平衡机构，其特征在于：其中平衡器(4)可以为弹簧平衡器、力矩电机或伺服电机。
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