CN104390656B

CN104390656B - 一种四自由度被动随动重力平衡装置

Info

Publication number: CN104390656B
Application number: CN201410690777.5A
Authority: CN
Inventors: 沈晓鹏; 时军委; 胡雪平; 张玲; 刘艳
Original assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Current assignee: Shanghai Aerospace System Engineering Institute
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-11-25
Also published as: CN104390656A

Abstract

本发明公开了一种四自由度被动随动重力平衡装置，主要包括：一底座，安装于一基础支架上；枢转连接于所述底座的一转臂前段，以及枢转连接于所述转臂前段的一转臂后段；其中，所述转臂后段的在其两个不同的位置分别连接设有一滑轮组A和一滑轮组B，所述滑轮组A和所述滑轮组B之间安装一钢丝绳，所述钢丝绳的两端分别连接一可绕轴旋转的配重装置和一可绕轴旋转的用于转接试验对象的转接工装，并且所述转接工装位于所述钢丝绳相对于所述转臂前段的远端。本发明具有结构简单、加工零件少、质量轻、成本低、经济性好的有益效果。

Description

一种四自由度被动随动重力平衡装置

技术领域

本发明涉及一种试验设备，尤其是可实现试验对象四自由度运动并且能够被动随动重力平衡的试验装置。

背景技术

四自由度被动随动重力平衡装置主要应用于工程试验领域，实现试验对象的重力平衡功能。当试验对象进行试验，尤其是进行无重力影响的试验时，就需要试验设备能够提供重力平衡功能，并能跟随试验对象的运动动态平衡其重力。目前，国内外类似的装置一般结构比较复杂，成本较高。

发明内容

本发明提供一种结构简单的能够四自由度被动随动的重力平衡装置，以解决现有的实现相同功能的装置结构比较复杂导致成本较高的缺陷。

本发明的技术方案如下：

一种四自由度被动随动重力平衡装置，主要包括：

一底座，安装于一基础支架上；

枢转连接于所述底座的一转臂前段，以及枢转连接于所述转臂前段的一转臂后段；其中，

所述转臂后段的在其两个不同的位置分别连接设有一滑轮组A和一滑轮组B，所述滑轮组A和所述滑轮组B之间安装一钢丝绳，所述钢丝绳的两端分别连接一可绕轴旋转的配重装置和一可绕轴旋转的用于转接试验对象的转接工装，并且所述转接工装位于所述钢丝绳相对于所述转臂前段的远端；其中，

所述转臂前段与所述转臂后段成180°直线状态时，所述转接工装上转接的试验对象绕所述转臂前段的旋转轴的旋转半径为R1；所述转臂后段绕所述转臂前段旋转至结构限位时，所述转接工装上转接的试验对象绕所述转臂前段的旋转轴的旋转半径为R2，所述转接工装上转接的所述试验对象在与重力垂直的平面内的运动范围为内径R2、外径R1的圆环面，实现X、Y两轴方向的直线运动自由度；

所述钢丝绳随着所述滑轮组A和所述滑轮组B的滑轮的旋转同步实现直线运动，实现了所述转接工装上转接的所述试验对象沿Z轴方向的直线运动自由度；

所述钢丝绳连接所述转接工装的一端设置一吊环螺钉，所述吊环螺钉通过其自身的螺旋连接于一套筒上，所述套筒与所述转接工装之间设置一轴承以提供所述转接工装上转接的所述试验对象绕Z轴方向的旋转运动自由度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的一种四自由度被动随动重力平衡装置，以相对简单的结构提供了X、Y、Z轴方向运动和绕Z轴方向的旋转运动共四个方向的自由度，从而实现试验对象在重力平衡条件下四个自由度方向的运动跟随功能，具有结构简单、加工零件少、质量轻、成本低、经济性好的有益效果。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明实施例的一种四自由度被动随动重力平衡装置的结构示意图，其中，标号对应的零部件为底座[1]、垫圈[2]、销轴[3]、螺钉[4]、轴承[5]、转臂前段[6]、转臂后段[7]、滑轮组A[8]、滑轮支架[9]、螺钉[10]、钢丝绳[11]、滑轮组B[12]、绳夹[13]、吊环螺钉A[14]、套筒[15]、轴承[16]、转接工装[17]、吊环螺钉B[18]、托盘[19]、配重杆[20]、配重块[21]；

图2是本发明实施例的一种四自由度被动随动重力平衡装置最大运动半径示意图；

图3是本发明实施例的一种四自由度被动随动重力平衡装置最小运动半径示意图；

图4是本发明实施例的一种四自由度被动随动重力平衡装置的OXY平面内运动范围示意图。

具体实施方式

本发明提供一种结构简单的四自由度被动随动重力平衡装置，其主要包括：

一底座，安装于一基础支架上；

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1是本发明优选实施例的一种四自由度被动随动重力平衡装置的结构示意图，如图1所示，该装置包括：

底座[1]、垫圈[2]、销轴[3]、螺钉[4]、轴承[5]、转臂前段[6]、转臂后段[7]、滑轮组A[8]、滑轮支架[9]、螺钉[10]、钢丝绳[11]、滑轮组B[12]、绳夹[13]、吊环螺钉A[14]、套筒[15]、轴承[16]、转接工装[17]、吊环螺钉B[18]、托盘[19]、配重杆[20]、配重块[21]等；其中，

底座[1]安装于一基础支架上，转臂前段[6]通过轴承[5]安装支撑于底座[1]上，销轴[3]通过螺钉[4]固定于底座[1]上，垫圈[2]套于销轴[3]上实现轴承[5]的内圈轴向定位，转臂前段[6]的内孔轴肩实现轴承[5]的外圈轴向定位。

转臂后段[7]与转臂前段[6]通过轴承安装，其安装方式与上述的转臂前段[6]与底座[1]的安装方式相同。

滑轮支架[9]通过螺钉[10]固定于转臂后段[7]的一端，滑动支架[9]上安装滑轮组A[8]，在转臂后段[7]的另一端以相同安装方式同样安装一组滑轮组B[12]。具体地，滑轮组A[8]安装于转臂后段[7]的靠近转臂前段[6]的一端，滑轮组B[12]安装在转臂后段[7]的远离转臂前段[6]的一端，在本实施例中即末端。

滑轮组A[8]和滑轮组B[12]之间安装钢丝绳[11]。

在滑轮组B[12]一侧钢丝绳[11]端部栓有一个吊环螺钉A[14]，通过绳夹[13]固定限位；吊环螺钉[14]通过其自身螺旋连接于套筒[15]上；套筒[15]与转接工装[17]之间通过轴承[16]连接，转接工装[17]通过其设置的螺旋连接试验对象。

在滑轮组A[8]一侧钢丝绳[11]端部栓有一个吊环螺钉B[18]；其中，吊环螺钉B[18]通过其自身螺旋连接配重杆[20]，配重杆[20]上安装托盘[19]，托盘[19]上放置配重块[21]，并以配重块[21]的不同数量组合实现不同质量试验对象的重力平衡。

图2是本发明上述优选实施例的四自由度被动随动重力平衡装置的最大运动半径示意图。转臂前段[6]能够绕O1轴相对底座[1]旋转，转臂后段[7]能够绕着O2轴相对转臂前段[6]旋转，转臂前段[6]与转臂后段[7]成180°直线状态时，转接工装上转接的试验对象绕O1轴的旋转半径为R1，为试验对象绕O1轴最大旋转半径。

图3是本发明上述优选实施例的四自由度被动随动重力平衡装置的最小运动半径示意图。转臂后段[7]绕转臂前段[6]旋转至结构限位（如图3所示位置）时，转接工装上转接的试验对象绕O1轴的旋转半径为R2，为试验对象绕O1轴最小旋转半径。

图4是本发明上述优选实施例的四自由度被动随动重力平衡装置的OXY平面内运动范围示意图，试验对象在平面内的运动范围为圆心为O1，内径为R2，外径为R1的圆环面，因而实现了试验对象X、Y两轴方向的直线运动自由度。

同时，随着滑轮组A[8]、滑轮组B[12]的旋转，钢丝绳[11]同步实现直线运动，从而实现了试验对象沿Z轴方向的直线运动自由度；

吊环螺钉[14]与转接工装[17]间的支撑轴承[15]提供了试验对象绕Z轴方向的旋转运动自由度。

以上所描述的仅为本发明的一个优选实施例，其描述的具体连接关系不用于限定，本领域一般技术人员容易根据上述公开做出多种简单变形，这些变形亦在本发明的保护范围内。

本发明提供的一种结构简单的四自由度被动随动重力平衡装置，提供了X、Y、Z轴方向和绕Z轴方向的旋转运动共四个方向的自由度，从而实现试验对象在重力平衡条件下四个自由度方向的运动跟随功能，具有结构简单、加工零件少、质量轻、经济性好的有益效果。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，主要包括：

一底座，安装于一基础支架上；

所述转臂后段在其两个不同的位置分别连接有一滑轮组A和一滑轮组B，所述滑轮组A和所述滑轮组B之间安装一钢丝绳，所述钢丝绳的靠近所述滑轮组A的一端连接一可绕轴旋转的配重装置，所述钢丝绳的靠近所述滑轮组B的一端连接一可绕轴旋转的用于转接试验对象的转接工装，并且所述转接工装位于所述钢丝绳相对于所述转臂前段的远端；其中，

所述钢丝绳连接所述转接工装的一端设置一吊环螺钉A，所述吊环螺钉A通过其自身的螺旋连接于一套筒上，所述套筒与所述转接工装之间设置一轴承以提供所述转接工装上转接的所述试验对象绕Z轴方向的旋转运动自由度。

2.根据权利要求1所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述转臂前段通过一轴承安装支撑于所述底座上，所述轴承套设于一销轴上，所述销轴通过一螺钉固定于所述底座上，一垫圈套于所述销轴上以实现所述轴承的内圈轴向定位，所述转臂前段具有的一内孔轴肩实现所述轴承的外圈轴向定位。

3.根据权利要求2所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述转臂后段与所述转臂前段通过轴承安装，其安装方式与所述的转臂前段与所述底座的安装方式相同。

4.根据权利要求1所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述滑轮组A通过一滑轮支架安装在所述转臂后段上，所述滑轮支架通过一螺钉固定于所述转臂后段的一端；所述滑轮组B在所述转臂后段的另一端以相同安装方式安装。

5.根据权利要求1所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述滑轮组B连接于所述转接工装；其中，所述滑轮组B一侧的钢丝绳端部栓有所述吊环螺钉A，通过一绳夹固定限位；所述吊环螺钉A通过其自身的螺旋连接于一套筒上；所述套筒与所述转接工装之间通过一轴承连接，所述转接工装通过螺旋连接试验对象。

6.根据权利要求1或5所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述滑轮组A连接于所述配重装置；其中，所述滑轮组A一侧的钢丝绳端部栓有一吊环螺钉B，所述吊环螺钉B通过其自身螺旋连接一配重杆，所述配重杆上安装一托盘，所述托盘上放置一个或多个配重块，所述配重块的不同数量组合实现不同质量试验对象的重力平衡。

7.根据权利要求1所述的四自由度被动随动重力平衡装置，其特征在于，所述滑轮组A安装于所述转臂后段的靠近所述转臂前段的一端，所述滑轮组B安装在所述转臂后段的远离所述转臂前段的末端。