CN102556372A - 一种半主动六自由度模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半主动六自由度模拟装置，为解决采用主动控制模拟空间飞行器在太空失重下的六自由度漂浮状态，存在造价高、安全性差及采用被动控制方式模拟效果差、阻力大的问题。气足通过连接杆与下连接板的连接，下连接板通过立柱与上连接板连接，光杠的两端分别与下连接板和上连接板连接，丝杠的第一端与下连接板连接，丝杠的第二端穿过上连接板由电机驱动，丝杠通过螺母与滑块连接，光杠通过滑套与滑块连接，滑块通过力传感器与两侧的俯仰轴连接，俯仰架通过第二轴承安装在俯仰轴上，螺母用于固定轴承，安装板通过第一轴承安装在俯仰架上。本发明兼具主被动模拟方式的优点，是具有造价低、使用安全、模拟效果好的六自由度漂浮状态模拟装置。

Description

一种半主动六自由度模拟装置
技术领域
本发明涉及一种半自动六自由度飞行器的模拟装置，属于模拟空间飞行技术领域。
背景技术
随着航天技术的进一步发展，需要有一种地面设备能够模拟空间飞行器(例如卫星)在太空失重环境下的六自由度漂浮状态，才可以模拟空间环境从事地面仿真试验。目前所使用的地面模拟设备主要采用主动控制方式和被动气浮方式，模拟设备在完成飞行器的空间六自由度的漂浮运动的同时，存在造价高、安全性差以及阻力大模拟效果差的问题。
发明内容
本发明提供了一种半主动六自由度模拟装置，用于解决现有的模拟空间飞行技术存在的造价较高、安全性较差以及阻力大模拟效果较差的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种半主动六自由度模拟装置，包括气足、连接杆、下连接板、立柱、丝杠、光杠、安装板、第一轴承、俯仰架、螺母、滑块、滑套、上连接板、电机、第二轴承、俯仰轴、螺母和力传感器；气足通过连接杆与下连接板的连接，下连接板通过立柱与上连接板连接，光杠的两端分别与下连接板和上连接板连接，丝杠的第一端与下连接板连接，丝杠的第二端穿过上连接板由电机驱动，丝杠通过螺母与滑块连接，光杠通过滑套与滑块连接，滑块通过力传感器与两侧的俯仰轴连接，俯仰架通过第二轴承安装在俯仰轴上，螺母用于固定轴承，安装板通过第一轴承安装在俯仰架上。
本发明提供的是一种采用半主动气浮模拟技术，即部分自由度的模拟采用主动方式、其他自由度的模拟采用被动方式，兼具主被动模拟方式的优点，是一种具有造价低、使用安全、模拟效果好的六自由度漂浮状态模拟装置。
附图说明
图1是本发明的具体实施方式提供的半主动六自由度模拟装置的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的俯视图；
图4是图1的右视图；
图5是本发明的具体实施方式提供的半主动六自由度模拟装置的整体结构外观图。
具体实施方式
本发明的具体实施方式提供了一种半主动六自由度模拟装置，如图1至5所示，包括气足1、连接杆2、下连接板3、立柱4、丝杠5、光杠6、安装板7、第一轴承8、俯仰架9、螺母10、滑块11、滑套12、上连接板15、电机16、第二轴承17、俯仰轴18、螺母19和力传感器20；气足1通过连接杆2与下连接板3的连接，下连接板3通过立柱4与上连接板15连接，丝杠5的第一端与下连接板3连接，丝杠5的第二端穿过上连接板15由电机16驱动，丝杠5通过螺母10与滑块11连接，光杠6的两端分别与下连接板3和上连接板15连接，光杠6通过滑套12与滑块11连接，滑块11通过力传感器20与两侧的俯仰轴18连接，俯仰架9通过第二轴承17安装在俯仰轴18上，螺母19用于固定轴承17，安装板7通过第一轴承8安装在俯仰架9上。
工作时，气足1放置在气浮平台上，气足1通过连接杆2与下连接板3的连接，下连接板3通过四根立柱4与上连接板15连接，丝杠5的下端与下连接板3连接，丝杠5的上端穿过上连接板15由电机16驱动，丝杠5通过螺母10与滑块11连接，光杠6的两端分别与下连接板3和上连接板15连接，光杠6通过滑套12与滑块11连接，这样电机16驱动丝杠5转动，丝杠5可以带动螺母10和滑块11沿光杠6平动；滑块11通过力传感器20与两侧的俯仰轴18连接，俯仰架9通过轴承17安装在俯仰轴18上，由螺母19固定轴承17；安装板7通过轴承8安装在俯仰架9上，可以做滚动运动。
进一步地，为了抵消重力带来的颠覆力矩，还可以在俯仰架9的另一侧连接配重轴13，配重轴13上套有配重14，配重14可以在配重轴13上滑动，以根据负载质量调节位置实现力矩平衡。
可选的，本实施方式采用了悬臂梁力传感器作为力传感器20，并且将传感器20安装在滑块11上并与俯仰轴18连接，电机16根据传感器20的反馈信号按照一定的程序转动丝杠5使得滑套12和滑块11以一定的速度、加速度上升或下降。
可选的，本实施方式安装板7采用了两圈螺纹孔，安装时用安装螺钉的办法实现对横滚方向平衡的调平，便于实现平衡。
本发明具有以下有益效果：一、本发明采用了被动浮动技术，即模仿飞行器在空间的漂浮运动，将被模拟物体固定装在安装板上。由于在该模拟装置中的安装板和俯仰架之间装有轴承，使该模拟装置和模拟连接件接口获得了横滚方向的转动自由度；由于在该模拟装置中的安装板和俯仰架上装有轴承，通过调整配重位置使负载重力矩和配重力矩相等，使该模拟装置和模拟连接件接口获得了俯仰方向的转动自由度；由于装有传感器可以测得负载重量，电机可以驱动丝杠螺母克服重力实现竖直方向的的平动自由度；由于该模拟装置的底部设置有气足，工作时，将气足放置在气浮平台上，在通气状态下，该模拟装置和模拟连接件接口获得了水平方向的两个平动自由度和竖直方向的转动自由度。二、本发明具有造价低，模拟效果好，使用安全、可靠的优点，该模拟装置不仅可应用于航空航天领域中，同时还可将其推广到工农业生产的其他领域中。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种半主动六自由度模拟装置，包括气足(1)、连接杆(2)、下连接板(3)、立柱(4)、丝杠(5)、光杠(6)、安装板(7)、第一轴承(8)、俯仰架(9)、螺母(10)、滑块(11)、滑套(12)、上连接板(15)、电机(16)、第二轴承(17)、俯仰轴(18)、螺母(19)和力传感器(20)；其特征在于，气足(1)通过连接杆(2)与下连接板(3)的连接，下连接板(3)通过立柱(4)与上连接板(15)连接，光杠(6)的两端分别与下连接板(3)和上连接板(15)连接，丝杠(5)的第一端与下连接板(3)连接，丝杠(5)的第二端穿过上连接板(15)由电机(16)驱动，丝杠(5)通过螺母(10)与滑块(11)连接，光杠(6)通过滑套(12)与滑块(11)连接，滑块(11)通过力传感器(20)与两侧的俯仰轴(18)连接，俯仰架(9)通过第二轴承(17)安装在俯仰轴(18)上，螺母(19)用于固定轴承(17)，安装板(7)通过第一轴承(8)安装在俯仰架(9)上。
2.根据权利要求1所述的半主动六自由度模拟装置，其特征在于，所述的力传感器(20)安装在滑块(11)上并与俯仰轴(18)连接。
3.根据权利要求1所述的半主动六自由度模拟装置，其特征在于，所述的安装板(7)采用两圈螺纹孔，安装时用安装螺钉的办法实现对横滚方向平衡的调平。
4.根据权利要求1所述的半主动六自由度模拟装置，其特征在于，在所述的俯仰架(9)上还设置有配重轴(13)，配重轴(13)上套有用于调节力矩平衡的配重(14)。
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