CN108502215A - 一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统 - Google Patents

一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，属于微重力模拟领域，特别是涉及一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统。解决了单电机带卷筒实现恒拉力控制存在对电机要求较高，对高频扰动抑制能力弱的问题。它包括大力矩电机、小力矩电机、大力矩电机侧减速器、小力矩电机侧减速器、行星式外壳带卷筒的行星轮系、吊索、拉力传感器和负载。它主要用于在地面进行失重模拟实验。

Description

一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统
技术领域
本发明属于微重力模拟领域，特别是涉及一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统。
背景技术
太空和外星球表面存在着完全失重或部分失重的环境，航天器和宇航员在太空和外星球表面失重环境下的受力状态不同于地球表面，因此可能会出现航天器部分承力结构损坏，机构运动震颤，宇航员执行任务时操作感不同于地面等情况，为了保证航天器的可靠性和宇航员执行任务的熟练性，需要在发射前在地面进行失重模拟实验。目前对于航天器和宇航员操作训练的失重模拟的一个重要方法是吊索悬吊法，即用吊索将被模拟对象吊起来，补偿重力对其造成的影响。现有单电机带卷筒实现恒拉力控制存在对电机要求较高，对高频扰动抑制能力弱的问题。
对于重力补偿系统来说，恒拉力系统提供补偿对象竖直方向的运动和恒定的竖直悬吊力，理想的重力补偿条件是吊索补偿力严格恒定，因此对恒拉力系统提出两个技术要求：吊索力的静态拉力精度要尽可能高，吊索力在负载受扰动时动态拉力精度要尽可能高。因此设计能够提供高精度、高动态特性的恒拉力系统方案是目前地面重力补偿实验的关键任务和重大需求。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：.一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，它包括大力矩电机、小力矩电机、大力矩电机侧减速器、小力矩电机侧减速器、行星式外壳带卷筒的行星轮系、吊索、拉力传感器和负载，所述大力矩电机与大力矩电机侧减速器的输入轴相连接，所述小力矩电机与小力矩电机侧减速器的输入轴相连接，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系包含两个输入端和一个输出端，所述大力矩电机侧减速器和小力矩电机侧减速器的输出轴分别连接行星式外壳带卷筒的行星轮系两个输入端的太阳轮和系杆，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系的输出端为行星轮系外中心轮和卷筒固连的整体，所述吊索缠绕在行星式外壳带卷筒的行星轮系的卷筒上，下端连接拉力传感器，最终端为连接负载的对应接口。
更进一步的，所述大力矩电机和小力矩电机的旋转方向相反。
更进一步的，所述大力矩电机和小力矩电机位置可以互换。
大力矩电机侧减速器和小力矩电机侧减速器根据需要选择合适的减速比，当大力矩电机和小力矩电机输出能力强时可以选择不使用减速器。拉力传感器的量程要大于负载所受的重力，并考虑一定的动载荷，因此其量程要足够大，保证一定的安全系数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统提供的吊索补偿力恒定，吊索力的静态拉力精度高，吊索力在负载受到扰动时动态拉力精度高，实现吊索端拉力恒定以及吊索端快速移动时吊索力的扰动抑制，可以更好的保证航天器的可靠性和宇航员执行任务的熟练性。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统示意图
1-大力矩电机，2-大力矩电机侧减速器，3-行星式外壳带卷筒的行星轮系，4-小力矩电机侧减速器，5-小力矩电机，6-吊索，7-负载，8-拉力传感器
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，它包括大力矩电机1、小力矩电机5、大力矩电机侧减速器2、小力矩电机侧减速器4、行星式外壳带卷筒的行星轮系3、吊索6、拉力传感器8和负载7，所述大力矩电机1与大力矩电机侧减速器2的输入轴相连接，所述小力矩电机5与小力矩电机侧减速器4的输入轴相连接，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系3包含两个输入端和一个输出端，所述大力矩电机侧减速器2和小力矩电机侧减速器4的输出轴分别连接行星式外壳带卷筒的行星轮系3两个输入端的太阳轮和系杆，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系3的输出端为行星轮系外中心轮和卷筒固连的整体，所述吊索6缠绕在行星式外壳带卷筒的行星轮系3的卷筒上，下端连接拉力传感器8，最终端为连接负载7的对应接口。
吊索6悬吊的负载7通过拉力传感器8确定所需补偿力的大小。大力矩电机1提供补偿力粗调节，提供吊索6快速移动的位移输出，其输出主要的力矩并通过大力矩电机侧减速器2输入到行星式外壳带卷筒的行星轮系3中，承担负载7的主要补偿力。小力矩电机5提供补偿力精度调节，提供吊索6慢速移动的位移输出，其输出较小的调节力矩并通过小力矩电机侧减速器4输入到行星式外壳带卷筒的行星轮系3中，实现在大力矩电机1输出力矩的基础上对补偿力进行小范围的调节，从而实现更好的拉力精度且其响应速度快于大电机。行星轮系提供差速输出的作用。通过大力矩电机1提供的补偿力粗调节和小力矩电机5提供的补偿力精度调节可以实现吊索6补偿力恒定，使吊索力的静态拉力精度高，吊索力在负载受到扰动时动态拉力精度高，从而保证航天器的可靠性和宇航员执行任务的熟练性。
所述大力矩电机1和小力矩电机5的旋转方向相反且位置可以进行互换。大力矩电机侧减速器2和小力矩电机侧减速器4根据需要选择合适的减速比，当大力矩电机1和小力矩电机5输出能力强时可以选择不使用减速器。拉力传感器8的量程要大于负载7所受的重力，并考虑一定的动载荷，因此其量程要足够大，保证一定的安全系数。此方案即适合与航天器的悬吊，也适合宇航员的悬吊，只需选择对应接口即可。本发明一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统解决了单电机带卷筒实现恒拉力控制存在对电机要求较高，对高频扰动抑制能力弱的问题。
以上对本发明所提供的一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，其特征在于：它包括大力矩电机(1)、小力矩电机(5)、大力矩电机侧减速器(2)、小力矩电机侧减速器(4)、行星式外壳带卷筒的行星轮系(3)、吊索(6)、拉力传感器(8)和负载(7)，所述大力矩电机(1)与大力矩电机侧减速器(2)的输入轴相连接，所述小力矩电机(5)与小力矩电机侧减速器(4)的输入轴相连接，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系(3)包含两个输入端和一个输出端，所述大力矩电机侧减速器(2)和小力矩电机侧减速器(4)的输出轴分别连接行星式外壳带卷筒的行星轮系(3)两个输入端的太阳轮和系杆，所述行星式外壳带卷筒的行星轮系(3)的输出端为行星轮系外中心轮和卷筒固连的整体，所述吊索(6)缠绕在行星式外壳带卷筒的行星轮系(3)的卷筒上，下端连接拉力传感器(8)，最终端为连接负载(7)的对应接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，其特征在于：所述大力矩电机(1)和小力矩电机(5)的旋转方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种基于双电机和行星轮系的恒拉力系统，其特征在于：所述大力矩电机(1)和小力矩电机(5)位置可以互换。
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