CN107985637A - 一种主动式重力卸载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式重力卸载装置，包括滑车以及通过拉压力传感器安装在滑车下方的支撑框架，支撑框架内从上往下依次安装有编码器、制动器、伺服电机和减速器，支撑框架下方安装有一底框，底框内安装有传动齿轮、螺旋卷筒、钢丝绳压辊和导向杆，螺旋卷筒表面刻有螺旋槽，其上缠绕设有钢丝绳，水平安装在所述底框内可转动，传动齿轮为两个，一个水平安装在螺旋卷筒的上方，另一侧竖直安装在螺旋卷筒的一侧，两个传动锥齿轮啮合传动，实现螺旋卷筒的转动，伺服电机的转轴端通过减速器与传动齿轮相连。本发明可满足大型多关节空间可展开机构地面重力卸载，具有尺寸小、重量轻、运动行程大、适用范围广、可扩展性强等优点。

Description

一种主动式重力卸载装置

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，具体地，涉及一种主动式重力卸载装置。

背景技术

空间可展开机构需在地面进行重力卸载，模拟空间失重状态，进行机构展开试验，验证机构可展开性能。常见的展开机构地面卸载方法有悬挂法、气浮法等，通过刚性连接、配重质量、气浮支撑等实现竖直方向的重力补偿。

空间可展开机构主动重力卸载装置通过伺服控制器件实现竖直方向重力的自动补偿、调节，重力补偿精度高，可实时检测展开过程悬挂力大小，应用于重力补偿精度要求高、展开运动复杂、多关节卸载的空间展开机构地面展开试验。

常见的主动重力卸载装置多应用于多维展开机构，重力补偿精度高；但展开悬挂点数较少，装置自身重量较大，竖直方向运动距离小。针对于大型空间可展开机构，具有多个展开运动关节，需进行多点重力卸载；竖直重力方向具有较大的位移行程等特点。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种主动式重力卸载装置，该装置尺寸小、重量轻、适用范围广，可完成展开机构单点主动重力卸载或多关节展开机构多点同步重力卸载，实现大型空间可展开机构地面重力补偿，模拟空间失重状态。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种主动式重力卸载装置，各零部件呈竖直布局，且进行了轻量化设计、选型，整体尺寸小、重力轻(小于5Kg)；最大重力卸载值可达100kg；包括滑车以及通过拉压力传感器安装在滑车下方的支撑框架，所述支撑框架内从下往下依次安装有编码器、制动器、伺服电机和减速器，且所述编码器、制动器、伺服电机和减速器依次连接，所述支撑框架下方安装有一底框，所述底框内安装有传动齿轮、螺旋卷筒、钢丝绳压辊和导向杆，所述螺旋卷筒表面刻有螺旋槽，其上缠绕设有钢丝绳，可转动水平安装在所述底框内，所述传动齿轮为两个，一个水平安装在所述螺旋卷筒的上方，另一侧竖直安装在所述螺旋卷筒的一侧，两个传动锥齿轮啮合传动，实现螺旋卷筒的转动，所述伺服电机的转轴端通过减速器与所述传动齿轮相连，所述钢丝绳压辊安装在所述螺旋卷筒的前侧，所述导向杆安装在所述螺旋卷筒的下方，用于钢丝绳辅助导向，保证钢丝绳规则有序排列，减小钢丝绳摩擦，避免钢丝绳卡滞。

优选地，还包括一PLC控制器，该PLC控制器与所述拉压力传感器、编码器、制动器、伺服电机相连。

优选地，所述装置通过滑车在导轨上进行滚动，结合一维导轨/二维导轨(摆动导轨)，实现二维展开机构/三维展开机构的地面重力卸载。

优选地，所述PLC控制器采用PLC多轴运动控制器，通过总线进行通信，结合多点重力卸载算法，实现多个卸载点的同步控制运动，满足大型多关节机构的展开试验。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：可满足大型多关节空间可展开机构地面重力卸载，具有尺寸小、重量轻、运动行程大、适用范围广、可扩展性强等优点。

附图说明

图1为本发明实施例一种主动式重力卸载装置的结构示意图。

图2为本发明实施例一种主动式重力卸载装置的局部示意图。

图3为本发明实施例中控制系统的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1-图2所示，本发明实施例提供了一种主动式重力卸载装置，其特征在于，各零部件呈竖直布局，且进行了轻量化设计、选型，整体尺寸小、重力轻(小于5Kg)；最大重力卸载值可达100kg；包括滑车2以及通过拉压力传感器3安装在滑车2下方的支撑框架4，所述支撑框架4内从下往下依次安装有编码器5、制动器6、伺服电机7和减速器8，且所述编码器5、制动器6、伺服电机7和减速器8依次连接，所述支撑框架4下方安装有一底框，所述底框内安装有传动齿轮9、螺旋卷筒10、钢丝绳压辊11和导向杆12，所述螺旋卷筒10表面刻有螺旋槽，其上缠绕设有钢丝绳13，可转动水平安装在所述底框内，所述传动齿轮9为两侧，一个水平安装在所述螺旋卷筒10的上方，另一侧竖直安装在所述螺旋卷筒10的一侧，两个传动锥齿轮啮合传动，实现螺旋卷筒10的转动，所述伺服电机7的转轴端通过减速器8与所述传动齿轮9相连，所述钢丝绳压辊11安装在所述螺旋卷筒10的前侧，所述导向杆12安装在所述螺旋卷筒10的下方，用于钢丝绳辅助导向，保证钢丝绳规则有序排列，减小钢丝绳摩擦，避免钢丝绳卡滞。还包括一PLC控制器，该PLC控制器通过电源线与所述拉压力传感器3、编码器5、制动器6、伺服电机7和减速器8相连。所述装置通过滑车在导轨上进行滚动，结合一维导轨/二维导轨，实现二维展开机构/三维展开机构的地面重力卸载。

以一维导轨配合主动卸载装置应用为例，详细说明该发明。装置通过滑车在导轨上可以顺畅运动，滑车由四个标准滚动轴承与导轨配合，保证装置沿着导轨方向跟随展开机构运动。拉压力传感器安装在滑车下方，并连接支撑框架，通过控制系统可检测出钢丝绳悬挂力；在进行试验前，传感器示数需要进行标定。

支撑框架内安装了装置主要机械结构。绝对编码器、制动器、伺服电机、减速器通过选型计算，并进行比较，选择质量轻、尺寸小的成熟产品器件，以减小装置质量和尺寸。绝对编码器检测值通过换算可得出钢丝绳收放长度；制动器用于电机掉电制动，保证卸载安全。

减速器通过一对1:1传动的锥齿轮带动卷筒运动，使结构整体呈竖直方向布局，减小水平面尺寸，避免干涉。锥尺寸与卷筒连接，带动卷筒转动，收放钢丝绳。为保证钢丝绳收放过程中，排列有序，在卷筒表面加工出螺旋刻槽，并通过压辊保持钢丝绳与卷筒相对位置，压辊压紧位置可调；导向杆用于保持钢丝绳进入螺旋刻槽角度，并使钢丝绳通过滑车中心。

钢丝绳下方与展开机构需要重力卸载的连接点相连。在工作过程中，当拉压力传感器检测到悬挂力大于(小于)目标负载时，控制器自动调节驱动伺服电机带动卷筒运动放出(收起)钢丝绳，使悬挂力与目标负载重力相等，模拟失重状态。

如图3所述，控制系统采用PLC多轴运动控制器，并通过总线通信控制多轴同步运动，便于多个卸载装置的同步控制扩展，减少线缆连接数量；传感器通过远程AI模块连接，再由总线接入到控制器中，减少线缆连接数量。在PLC多轴运动控制器中，写入多点/单点重力卸载算法，使装置自动进行悬挂力调节，并设计软件算法保护，避免吊挂点位移速度超差或力超差。在正式试验前，需对展开机构和悬挂装置进行标定，确定目标负载和初始位置，然后根据实际工况进行试验。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种主动式重力卸载装置，其特征在于，包括滑车以及通过拉压力传感器安装在滑车下方的支撑框架，所述支撑框架内从上往下依次安装有编码器、制动器、伺服电机和减速器，且所述编码器、制动器、伺服电机和减速器依次连接，所述支撑框架下方安装有一底框，所述底框内安装有传动齿轮、螺旋卷筒、钢丝绳压辊和导向杆，所述螺旋卷筒表面刻有螺旋槽，其上缠绕设有钢丝绳，水平安装在所述底框内可转动，所述传动齿轮为两个，一个水平安装在所述螺旋卷筒的上方，另一侧竖直安装在所述螺旋卷筒的一侧，两个传动锥齿轮啮合传动，实现螺旋卷筒的转动，所述伺服电机的转轴端通过减速器与所述传动齿轮相连，所述钢丝绳压辊安装在所述螺旋卷筒的前侧，所述导向杆安装在所述螺旋卷筒的下方，用于钢丝绳辅助导向。

2.如权利要求1所述的一种主动式重力卸载装置，其特征在于，还包括一PLC控制器，该PLC控制器与所述拉压力传感器、编码器、制动器、伺服电机相连，实现主动吊挂力调节。

3.如权利要求1所述的一种主动式重力卸载装置，其特征在于，所述装置通过滑车在导轨上进行滚动，结合一维导轨/二维导轨(摆臂导轨)，实现二维展开机构/三维展开机构的地面重力卸载。

4.如权利要求1所述的一种主动式重力卸载装置，其特征在于，所述PLC控制器采用PLC多轴运动控制器，通过总线进行通信，结合多点重力卸载算法，实现多个卸载点的同步控制运动，满足大型多关节机构的展开试验。