CN108217477B - 对接机构六自由度重力平衡随动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航天地面仿真试验领域，具体地说是一种对接机构六自由度重力平衡随动机构，包括平衡吊连接臂、中间连接臂、重力平衡支承臂、凹型架和分支杆组件，其中中间连接臂两端分别与平衡吊连接臂和重力平衡支承臂转动连接，在所述中间连接臂上设有两个制动机构，所述平衡吊连接臂和中间连接臂分别通过不同的制动机构制动转动，所述平衡吊连接臂端部设有智能平衡吊，所述智能平衡吊通过钢丝绳与凹型架上端相连，所述凹型架下端与对接机构内的分支杆组件相连，飞行器模拟件进行试验时一端与对接机构连接，另一端与重力平衡支承臂远离所述中间连接臂的一端连接。本发明在对接机构进行地面试验时能够实现重力平衡浮动控制及六自由度的快速跟随。

Description

对接机构六自由度重力平衡随动机构
技术领域
本发明涉及航天地面仿真试验领域，具体地说是一种对接机构六自由度重力平衡随动机构。
背景技术
我国载人航天工程在完成载人航天飞行的初期目标后，正在逐步实现宇航员出舱活动、空间飞行器对接、建立空间站等中远期目标，其中不同航天器的空间对接是建立大型空间站的前提，也是空间技术发展的一个重要方面，而为了实现航天器安全可靠对接，对接机构缓冲系统的地面仿真试验起着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对接机构六自由度重力平衡随动机构，在对接机构进行地面试验时，能够实现对接机构的重力平衡浮动控制并进行六自由度的快速跟随，从而实现模拟太空失重状态。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种对接机构六自由度重力平衡随动机构，包括平衡吊连接臂、中间连接臂、重力平衡支承臂、凹型架和分支杆组件，其中中间连接臂两端分别与平衡吊连接臂和重力平衡支承臂转动连接，在所述中间连接臂上设有两个制动机构，所述平衡吊连接臂和中间连接臂分别通过不同的制动机构制动，所述平衡吊连接臂远离所述中间连接臂一端固装有一个智能平衡吊，所述智能平衡吊通过钢丝绳与所述凹型架上端相连，在对接机构内设有所述分支杆组件，所述凹型架下端与所述分支杆组件相连，飞行器模拟件进行试验时一端与对接机构连接，另一端与所述重力平衡支承臂远离所述中间连接臂的一端连接。
所述平衡吊连接臂、中间连接臂、重力平衡支承臂、飞行器模拟件、对接机构和钢丝绳在进行试验时形成一个三角形，其中所述平衡吊连接臂、中间连接臂和重力平衡支承臂为三角形的斜边。
所述中间连接臂包括第一连接座、连接臂和第二连接座，所述连接臂一端与所述第一连接座铰接，所述第一连接座与所述平衡吊连接臂固连，所述连接臂另一端与所述第二连接座铰接，所述第二连接座与所述重力平衡支承臂固连。
所述中间连接臂上的两个制动机构结构相同，均包括制动座、拉板和气缸，其中两个制动机构中的制动座分别与不同的连接座固连，每个制动机构中的气缸通过拉板与制动座相连。
所述凹型架上侧的水平杆自由端设有空心轴和吊环，所述吊环通过轴承支承设置于一个旋转轴座中，所述旋转轴座通过一个球铰与所述空心轴的自由端铰接。
所述凹型架下侧设有一个竖直杆，所述竖直杆的端部设有用于与所述分支杆组件连接的连接孔。
所述分支杆组件包括中心杆、中心座和多个呈锥状分布的连杆，所述中心杆一端固装于所述凹型架下端，所述中心杆另一端与所述中心座转动连接，所述连杆一端与所述中心座铰接、另一端与所述对接机构前侧的导向板铰接。
每个连杆远离所述中心座一端均与一个安装座铰接，所述安装座与对接机构前侧的导向板固连。
所述中心杆与对接机构的几何轴向重合。
所述对接机构通过一个过渡框与所述飞行器模拟件固连。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明能够实现对接机构的重力平衡浮动控制,同时进行六自由度的快速跟随，在对接机构进行地面试验时，可以模拟太空失重状态。
2、本发明采用智能平衡吊提供对接机构的上下自由度，可实现高速运动和精确控制，并且可以实时设定所需平衡的重力。
3、本发明整体结构简单紧凑。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中中间连接臂的示意图，
图3为图1中钢丝绳连接组件的示意图，
图4为图1中对接机构连接组件的示意图。
其中，1为智能平衡吊，2为平衡吊连接臂，3为中间连接臂，4为重力平衡支承臂，5为飞行器模拟件，6为过渡框，7为对接机构，8为分支杆组件，9为导向板，10为凹型架，11为钢丝绳，12为第二连接座，13为第二制动轴，14为第二制动座，15为第二拉板，16为第二气缸，17为连接臂，18为第一气缸，19为第一拉板，20为第一制动座，21为第一制动轴，22为第一连接座，23为连接孔，24为吊环，25为旋转轴座，26为球铰，27为空心轴，28为中心座，29为安装座，30为连杆，31为中心杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～4所示，本发明包括智能平衡吊1、平衡吊连接臂2、中间连接臂3、重力平衡支承臂4、分支杆组件8、凹型架10和钢丝绳11，其中中间连接臂3两端分别通过制动轴与所述平衡吊连接臂2和重力平衡支承臂4转动连接，在所述中间连接臂3上设有两个制动机构，其中所述平衡吊连接臂2通过第一制动机构制动相对中间连接臂3转动，所述中间连接臂3通过第二制动机构制动相对重力平衡支承臂4转动，所述平衡吊连接臂2远离所述中间连接臂3一端固装有智能平衡吊1，所述智能平衡吊1通过钢丝绳11与所述凹型架10上端相连，在对接机构7内部设有分支杆组件8，所述凹型架10下端伸入至对接机构7内并与所述分支杆组件8相连，进行试验时，飞行器模拟件5一端与对接机构7连接，另一端与所述重力平衡支承臂4远离所述中间连接臂3的一端连接并具有滚转和俯仰两个自由度。如图1所示，进行试验时，所述平衡吊连接臂2、中间连接臂3、重力平衡支承臂4、飞行器模拟件5、对接机构7和钢丝绳11形成一个三角形，其中所述平衡吊连接臂2、中间连接臂3和重力平衡支承臂4为三角形的斜边。所述智能平衡吊1和对接机构7均为本领域公知技术，本实施例中，所述智能平衡吊1的型号为G-Force-iQ，生产厂家为美国高博公司。
如图2所示，所述中间连接臂3包括第一连接座22、连接臂17和第二连接座12，所述连接臂17一端通过所述第一制动轴21与所述第一连接座22铰接，所述第一连接座22与所述平衡吊连接臂2固连，所述连接臂17另一端通过所述第二制动轴13与所述第二连接座12铰接，所述第二连接座12与所述重力平衡支承臂4固连。所述中间连接臂3上的两个制动机构结构相同，均包括制动座、拉板和气缸，其中所述第一制动机构中的第一制动座20与所述第一连接座22固连，第一气缸18的缸杆端部通过第一拉板19与所述第一制动座20相连，所述平衡吊连接臂2即通过所述第一气缸18制动相对中间连接臂3转动，所述第二制动机构中的第二制动座14与所述第二连接座12固连，第二气缸16的缸杆端部通过第二拉板15与所述第二制动座14相连，所述中间连接臂3即通过所述第二气缸16制动相对重力平衡支承臂4转动，所述第一气缸18和第二气缸16均固设于所述连接臂17上。
如图3所示，所述凹型架10上侧的水平杆自由端设有一个空心轴27，与钢丝绳11连接的吊环24通过轴承支承设置于一个旋转轴座25中，所述旋转轴座25通过一个球铰26与所述空心轴27的自由端铰接，所述凹型架10下侧设有一个竖直杆，所述竖直杆的端部设有用于与所述分支杆组件8连接的一个连接孔23。
如图4所示，所述分支杆组件8包括中心杆31、中心座28和多个呈锥状分布的连杆30，其中所述中心杆31与对接机构7的几何轴向重合，所述中心杆31一端固装于所述凹型架10下端的连接孔23中，所述中心杆31另一端通过轴承支承与所述中心座28转动连接，所述多个连杆30均与所述中心座28铰接，在每个连杆30远离所述中心座28一端均与一个安装座29铰接，如图1所示，所述安装座29与对接机构7前侧的导向板9固连，所述中心杆31可实现轴向微调。本实施例中共设有三个连杆30。
如图1所示，所述对接机构7通过一个过渡框6与所述飞行器模拟件5连接。
本发明的工作原理为：
本发明的特点是能够实现对接机构7的重力平衡浮动控制,同时进行六自由度的快速跟随，其中中间连接臂3上的两个制动机构提供两个转动自由度，每个制动机构均通过气缸实现制动，用以设定试验的初始状态，智能平衡吊1提供了对接机构7的上下自由度，另外智能平衡吊1具有伺服电机驱动和力反馈的功能，实现了高速运动和精确控制，并且智能平衡吊1设置了输入/输出端口，可实时设定所需平衡的重力，钢丝绳11是一种柔索，可以适应对接机构7的俯仰、滚转、偏航等多种自由度。

Claims (7)

1.一种对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：包括平衡吊连接臂(2)、中间连接臂(3)、重力平衡支承臂(4)、凹型架(10)和分支杆组件(8)，其中中间连接臂(3)两端分别与平衡吊连接臂(2)和重力平衡支承臂(4)转动连接，在所述中间连接臂(3)上设有两个制动机构，所述平衡吊连接臂(2)和中间连接臂(3)分别通过不同的制动机构制动，所述平衡吊连接臂(2)远离所述中间连接臂(3)一端固装有一个智能平衡吊(1)，所述智能平衡吊(1)通过钢丝绳(11)与所述凹型架(10)上端相连，在对接机构(7)内设有所述分支杆组件(8)，所述凹型架(10)下端与所述分支杆组件(8)相连，飞行器模拟件(5)进行试验时一端与对接机构(7)连接，另一端与所述重力平衡支承臂(4)远离所述中间连接臂(3)的一端连接；
所述中间连接臂(3)包括第一连接座(22)、连接臂(17)和第二连接座(12)，所述连接臂(17)一端与所述第一连接座(22)铰接，所述第一连接座(22)与所述平衡吊连接臂(2)固连，所述连接臂(17)另一端与所述第二连接座(12)铰接，所述第二连接座(12)与所述重力平衡支承臂(4)固连；
所述中间连接臂(3)上的两个制动机构结构相同，均包括制动座、拉板和气缸，其中第一制动机构中的第一制动座(20)与所述第一连接座(22)固连，第一气缸(18)的缸杆端部通过第一拉板(19)与所述第一制动座(20)相连，第二制动机构中的第二制动座(14)与所述第二连接座(12)固连，第二气缸(16)的缸杆端部通过第二拉板(15)与所述第二制动座(14)相连；
所述分支杆组件(8)包括中心杆(31)、中心座(28)和多个呈锥状分布的连杆(30)，所述中心杆(31)一端固装于所述凹型架(10)下端，所述中心杆(31)另一端与所述中心座(28)转动连接，所述连杆(30)一端与所述中心座(28)铰接、另一端与所述对接机构(7)前侧的导向板(9)铰接。
2.根据权利要求1所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：所述平衡吊连接臂(2)、中间连接臂(3)、重力平衡支承臂(4)、飞行器模拟件(5)、对接机构(7)和钢丝绳(11)在进行试验时形成一个三角形，其中所述平衡吊连接臂(2)、中间连接臂(3)和重力平衡支承臂(4)为三角形的斜边。
3.根据权利要求1所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：所述凹型架(10)上侧的水平杆自由端设有空心轴(27)和吊环(24)，所述吊环(24)通过轴承支承设置于一个旋转轴座(25)中，所述旋转轴座(25)通过一个球铰(26)与所述空心轴(27)的自由端铰接。
4.根据权利要求3所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：所述凹型架(10)下侧设有一个竖直杆，所述竖直杆的端部设有用于与所述分支杆组件(8)连接的连接孔(23)。
5.根据权利要求1所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：每个连杆(30)远离所述中心座(28)一端均与一个安装座(29)铰接，所述安装座(29)与对接机构(7)前侧的导向板(9)固连。
6.根据权利要求1所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：所述中心杆(31)与对接机构(7)的几何轴向重合。
7.根据权利要求1所述的对接机构六自由度重力平衡随动机构，其特征在于：所述对接机构(7)通过一个过渡框(6)与所述飞行器模拟件(5)固连。
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