CN108516113A - 一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置，重力卸载轴系通过吊索吊装待测载荷，通过配重块平衡待测载荷的重量，待测载荷放置在待测载荷垂直轴系上，当待测载荷偏心旋转部分绕待测载荷垂直轴系的第二旋转轴运动时，重力卸载轴系与待测载荷垂直轴系同时产生旋转运动，由于待测载荷垂直轴系与重力卸载轴系利用同一电机信号驱动，因此重力卸载轴系与待测载荷运动部分有相同的旋转角速度，实现待测载荷工作过程中的重力卸载。

Description

一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置

技术领域

本发明涉及空间设备地面试验空间微重力模拟技术领域，尤其设计一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置。

背景技术

由于空间项目耗资巨大，为了保证升空后的各种设备正常工作，并达到所要求的性能指标，因而一般在空间飞行器发射前，要在地面进行大量地面试验，而对空间微重力环境的模拟是进行地面调试必须要解决的问题，即在地面调试过程对载荷进行重力卸载。

目前采用的重力卸载方法主要有落塔法、抛物飞行法、水浮法、气浮法和悬吊法等.期刊《Microgravity Experiment of a Space Robotic Arm using ParabolicFlight》涉及的落塔法通过在微重力塔中执行自由落体运动，从而能产生微重力试验环境。建造微重力塔成本非常昂贵，单次微重力实验时间过短。文献《失重飞机飞行方法研究》中介绍了抛物飞行法，利用飞行进行抛物线机动飞行来创造微重力和低重力环境。抛物飞行法需要配备失重飞机，试验设备建造成本非常昂贵，同样没有解决单次实验时间过短的问题。期刊《The Reaction Stabilization of Onorbit Robots》中介绍了一种水浮法，通过水的浮力来抵消设备重力的影响，这种方法需要对设备的密封防水性能非常好，由于水阻力和紊流的存在，影响实验的精度，且维护成本非常高。气浮法通过平面气浮轴承或气浮导轨实现对其上负载的重力卸载，实现微重力环境模拟，如中国专利“一种空间微重力环境地面模拟实验装置”(公开号：CN103466109A),设备地面空间占用大，对于工作中本体有三维运动的设备的调试试验有一定的局限性。

悬吊法时通过吊丝的垂直拉力来平衡飞行器自身重力，结构相对简单易于实现，应用比较广泛。如文献《大口径空间相机地面装调时的重力卸载方法》涉及龙门支架悬吊方案，减小了重力对镜头装配的影响，这种悬吊法适合于地面试验时静止无运动或运动方向平行于重力方向的设备。对于地面试验中需要进行运动的空间设备来说，目前采用的悬吊法微重力模拟设备均采用被动控制方式，采用柔性索悬吊，随设备运动，支撑随动机构的轴承运动摩擦大，其滞后运动反而成为空间设备运动的阻力，严重影响试验精度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置，利用同一电机信号驱动吊装的重力卸载轴系旋转，达到与载荷旋转运动同步的效果，实现在偏心载荷工作过程中的微重力模拟。

本发明的第一方面，提供一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，包括：

固定支架、安装在所述固定支架顶部的具有第一旋转轴的重力卸载轴系、安装在所述第一旋转轴上的支撑件、可转动安装在所述支撑件上的滑动组件、设置在所述固定支架底部的用于承载待测载荷的固定平台、设置在所述固定平台上的用于实现所述待测载荷转动的待测载荷垂直轴系、用于控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系转动的控制器、绕设在所述滑动组件上两侧的用于平衡所述待测载重量的配重块以及与所述配重块连接用于吊装所述待测载荷的吊索，所述第一旋转轴与所述待测载荷垂直轴系的第二旋转轴共线，在进行重力卸载时，所述待测载荷固定在所述待测载荷垂直轴系上，所述吊索吊装在所述待测载荷的质心位置，调整所述配重块质量与所述待测载荷的重量相匹配，所述控制器控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系同步转动以完成所述待测载荷的重力卸载。

作为一种可能的实现方式，所述固定支架上还包括第一位置调整组件，所述第一位置调整组件与所述重力卸载轴系固定连接，通过所述第一位置调整组件调整所述重力卸载轴系的位置直到所述第一旋转轴与所述第二旋转轴共线。

作为一种可能的实现方式，所述支撑件采用平板结构，所述滑动组件包括至少两个滑轮，所述至少两个滑轮包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮和所述第二滑轮间隔设置在所述支撑件的同一侧，所述配重块设置在所述第一滑轮侧，所述吊索绕过所述第一滑轮设置在所述第二滑轮侧。

作为一种可能的实现方式，所述第一滑轮设置在所述支撑件对应安装所述第一转轴的位置，所述支撑件具有第二位置调整组件，所述第二滑轮通过所述第二位置调整组件安装在所述支撑件上。

作为一种可能的实现方式，所述配重块的质心与所述第一旋转轴、所述第二旋转轴共线。

作为一种可能的实现方式，所述吊索用于吊装所述待测载荷的悬垂端和所述配重块的质心在水平方向的第一距离与所述待测载荷的质心与所述第二旋转轴在水平方向的第二距离相等。

作为一种可能的实现方式，所述第一位置调整组件包括滑轨、设置在所述滑轨上并可往复移动的滑块以及锁紧螺母，所述滑轨固定安装在在所述固定支架上，所述重力卸载轴系固定安装在所述滑块上，当所述第一旋转轴和所述第二旋转轴共线时，通过所述锁紧螺母将所述滑块与所述滑轨之间锁紧。

作为一种可能的实现方式，所述配重块采用多个砝码组成。

作为一种可能的实现方式，还包括可垂直向下发射指示光线的辅助对准组件，所述辅助对准组件固定安装在所述支撑件上，所述固定平台上对应所述指示光线设有定位标记，当所述辅助对准组件发出的指示光线对准所述定位标记时所述第一旋转轴和所述第二旋转轴共线。

本发明的第二方面，提供一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法，应用于如上述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，所述方法包括：

将待测载荷放置在固定平台的待测载荷垂直轴系上；

将吊索吊装在所述待测载荷的质心位置；

调整配重块的重量直至与所述待测载荷的重量相匹配；

调整重力卸载轴系的第一旋转轴和所述待测载荷垂直轴系的第二旋转轴共线；

控制器控制所述重力卸载轴系和所述述待测载荷垂直轴系同步转动以完成对所述待测载荷的重力卸载。

本发明提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法及装置，重力卸载轴系通过吊索吊装待测载荷，通过配重块平衡待测载荷的重量，待测载荷放置在待测载荷垂直轴系上，当待测载荷偏心旋转部分绕待测载荷垂直轴系的第二旋转轴运动时，重力卸载轴系与待测载荷垂直轴系同时产生旋转运动，由于待测载荷垂直轴系与重力卸载轴系利用同一电机信号驱动，因此重力卸载轴系与待测载荷运动部分有相同的旋转角速度，实现待测载荷工作过程中的重力卸载。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置的结构示意图。

图2是本发明实施例中提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置进行重力卸载时的示意图；

图3是本发明实施例中提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法的流程图。

附图标记：重力卸载轴系1，支撑件2，第一旋转轴3，第二滑轮4，吊索5，质心6，第二旋转轴7，待测载荷垂直轴系8，固定平台9，待测载荷10，固定支架11，配重块12，第一滑轮13，控制器14。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

结合图1和图2所示，本发明实施例中提供一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，包括：

固定支架11、安装在固定支架11顶部的具有第一旋转轴3的重力卸载轴系1、安装在第一旋转轴3上的支撑件2、可转动安装在支撑件2上的滑动组件、设置在固定支架11底部的用于承载待测载荷10的固定平台9、设置在固定平台9上的用于实现待测载荷10转动的待测载荷垂直轴系8、用于控制待测载荷垂直轴系8和重力卸载轴系1转动的控制器14、绕设在滑动组件上两侧的用于平衡所述待测载重量的配重块12以及与配重块12连接用于吊装待测载荷10的吊索5，调整重力卸载轴系1的位置使得第一旋转轴3与待测载荷垂直轴系8的第二旋转轴7共线，在进行重力卸载时，待测载荷10可以通过自身的基座固定在待测载荷垂直轴系8上，吊索5吊装在所述待测载荷10的质心6位置，调整配重块12质量与待测载荷的重量相匹配，控制器14控制待测载荷垂直轴系8和重力卸载轴系1同步转动，待测载荷垂直轴系8和重力卸载轴系1可以采用规格相同的电动机，通过同一电动机信号驱动可以具有相同的旋转角速度，实现待测载荷在工作过程中的重力卸载。

本发明提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，重力卸载轴系1通过吊索5吊装待测载荷10，通过配重块12平衡待测载荷10的重量，待测载荷10放置在待测载荷垂直轴系8上，当待测载荷10偏心旋转部分绕待测载荷垂直轴系8的第二旋转轴7运动时，重力卸载轴系1与待测载荷垂直轴系8同时产生旋转运动，由于待测载荷垂直轴系8与重力卸载轴系1利用同一电机信号驱动，因此重力卸载轴系1与待测载荷10运动部分有相同的旋转角速度，实现待测载荷10工作过程中的重力卸载。

为了方便调整重力卸载轴系1在固定支架11上的位置，固定支架11上还包括第一位置调整组件(图中未示出)，第一位置调整组件与重力卸载轴系1固定连接，通过第一位置调整组件调整重力卸载轴系1的位置直到第一旋转轴3与第二旋转轴7共线，第一位置调整组件可以采用滑轨方案，具体地，第一位置调整组件可以包括滑轨、设置在滑轨上并可往复移动的滑块以及锁紧螺母，滑轨固定安装在所述固定支架11上，重力卸载轴系1固定安装在滑块上，通过调整滑块在滑轨上的位置，当第一旋转轴3和第二旋转轴7共线时，通过锁紧螺母将滑块与滑轨之间锁紧，避免重力垂直轴系转动时发生窜动。

结合图2所示，支撑件2采用平板结构，第一旋转轴3固定在平板结构上，滑动组件包括至少两个滑轮，至少两个滑轮包括第一滑轮13和第二滑轮4，第一滑轮13和第二滑轮4间隔设置在支撑件2的同一侧，配重块12设置在第一滑轮13侧(图中左侧)，吊索5绕过第一滑轮13设置在第二滑轮4侧(图中右侧)，在重力卸载轴系1转动时候，与第一旋转轴3连接的支撑件2以及支撑件2上面设置的滑轮会同步转动。

具体地，第一滑轮13设置在支撑件2对应安装所述第一转轴的位置，使得配重块12的质心与第一旋转轴3、第二旋转轴7共线，这样可以减少在支撑件2旋转过程中，配重块12偏离第一旋转轴3和第二旋转轴7的轴线而出现的摆动或震动的情况发生，支撑件2具有第二位置调整组件，第二滑轮4通过所述第二位置调整组件安装在所述支撑件2上，通过第二位置调整组件可以调整第二滑轮4与第一滑轮13之间的间隔以便对待测载荷10的质心6进行适应，具体地，吊索5用于吊装所述待测载荷10的悬垂端和所述配重块12的质心在水平方向的第一距离与待测载荷10的质心6与第二旋转轴7在水平方向的第二距离相等，重力卸载轴系1对载荷偏心的适应可用滑轮与重力卸载轴系1的间距进行调节，吊索5可以包括绳索和吊钩，吊钩位于绳索的一端，吊钩所在端定义为悬垂端，绳索的另一端绕过第一滑轮13和第二滑轮4后与配重块12连接，重力卸载的量值可通过调整配重块12的重量实现，配重块12的重量和待测载荷10的重量相同，可以通过定滑轮结构实现力平衡。

配重块12可以采用多个砝码组成，砝码的重量可以有多种，通过不同重量的砝码组合来匹配待测载荷10的重量，通过调整卸载砝码的质量大小来适应待测载荷10偏心质量。

为了方便第一旋转轴3和第二旋转轴7的共线调整，本发明的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置还包括可垂直向下发射指示光线的辅助对准组件，辅助对准组件固定安装在支撑件2上，固定平台9上对应指示光线设有定位标记，当辅助对准组件发出的指示光线对准定位标记时，可以确定第一旋转轴3和第二旋转轴7共线，这里提到的辅助对准组件可以采用激光器，便于对准操作。

结合图3所示，对应地，本发明实施例中还提供一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法，应用于如上述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，所述方法包括：

S301、将待测载荷10放置在固定平台9的待测载荷垂直轴系8上。

待测载荷10通过自身的基座放置在待测载荷垂直轴系8上，待测载荷垂直轴系8可以带动待测载荷10转动。

S302、将吊索5吊装在所述待测载荷10的质心6位置。

重力卸载轴系1的第一旋转轴3上安装支撑件2，在支撑件2上安装多个滑轮，吊索5绕过滑轮一端与配重块12连接，另一端与待测载荷10的质心6位置连接。

S303、调整配重块12的重量直至与所述待测载荷10的重量相匹配。

配重块12有多个砝码组成没通过调整砝码的组合可以使得配重块12的质量与待测载荷10的质量相适应。

S304、调整重力卸载轴系1的第一旋转轴3和所述待测载荷垂直轴系8的第二旋转轴7共线。

通过第一位置调整组件调整重力卸载轴系1的位置，直到第一旋转轴3和待测载荷垂直轴系8的第二旋转轴7共线。

S305、控制器14控制所述重力卸载轴系1和所述述待测载荷垂直轴系8同步转动以完成对所述待测载荷10的重力卸载。

利用同一电机信号驱动吊装的重力卸载轴系1旋转，达到与载荷旋转运动同步的效果，实现在偏心载荷工作过程中的微重力模拟

本发明提供的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法，重力卸载轴系通过吊索5吊装待测载荷10，通过配重块12平衡待测载荷10的重量，待测载荷垂直轴系放置在待测载荷10垂直轴系垂直轴系上，当待测载荷偏心旋转部分绕待测载荷垂直轴系的第二旋转轴7运动时，重力卸载轴系与待测载荷垂直轴系同时产生旋转运动，由于待测载荷垂直轴系与重力卸载轴系利用同一电机信号驱动，因此重力卸载轴系与待测载荷运动部分有相同的旋转角速度，实现待测载荷工作过程中的重力卸载。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“可选实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，包括：

固定支架、安装在所述固定支架顶部的具有第一旋转轴的重力卸载轴系、安装在所述第一旋转轴上的支撑件、可转动安装在所述支撑件上的滑动组件、设置在所述固定支架底部的用于承载待测载荷的固定平台、设置在所述固定平台上的用于实现所述待测载荷转动的待测载荷垂直轴系、用于控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系转动的控制器、绕设在所述滑动组件上两侧的用于平衡所述待测载重量的配重块以及与所述配重块连接用于吊装所述待测载荷的吊索，所述第一旋转轴与所述待测载荷垂直轴系的第二旋转轴共线，在进行重力卸载时，所述待测载荷固定在所述待测载荷垂直轴系上，所述吊索吊装在所述待测载荷的质心位置，调整所述配重块质量与所述待测载荷的重量相匹配，所述控制器控制所述待测载荷垂直轴系和所述重力卸载轴系同步转动以完成所述待测载荷的重力卸载。

2.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述固定支架上还包括第一位置调整组件，所述第一位置调整组件与所述重力卸载轴系固定连接，通过所述第一位置调整组件调整所述重力卸载轴系的位置直到所述第一旋转轴与所述第二旋转轴共线。

3.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述支撑件采用平板结构，所述滑动组件包括至少两个滑轮，所述至少两个滑轮包括第一滑轮和第二滑轮，所述第一滑轮和所述第二滑轮间隔设置在所述支撑件的同一侧，所述配重块设置在所述第一滑轮侧，所述吊索绕过所述第一滑轮设置在所述第二滑轮侧。

4.根据权利要求3所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述第一滑轮设置在所述支撑件对应安装所述第一转轴的位置，所述支撑件具有第二位置调整组件，所述第二滑轮通过所述第二位置调整组件安装在所述支撑件上。

5.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述配重块的质心与所述第一旋转轴、所述第二旋转轴共线。

6.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述吊索用于吊装所述待测载荷的悬垂端和所述配重块的质心在水平方向的第一距离与所述待测载荷的质心与所述第二旋转轴在水平方向的第二距离相等。

7.根据权利要求2所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述第一位置调整组件包括滑轨、设置在所述滑轨上并可往复移动的滑块以及锁紧螺母，所述滑轨固定安装在所述固定支架上，所述重力卸载轴系固定安装在所述滑块上，当所述第一旋转轴和所述第二旋转轴共线时，通过所述锁紧螺母将所述滑块与所述滑轨之间锁紧。

8.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，所述配重块采用多个砝码组成。

9.根据权利要求1所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，其特征在于，还包括可垂直向下发射指示光线的辅助对准组件，所述辅助对准组件固定安装在所述支撑件上，所述固定平台上对应所述指示光线设有定位标记，当所述辅助对准组件发出的指示光线对准所述定位标记时所述第一旋转轴和所述第二旋转轴共线。

10.一种偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载方法，其特征在于，应用于如权利要求1至9中任一项所述的偏心旋转空间载荷地面调试用重力卸载装置，所述方法包括：

将待测载荷放置在固定平台的待测载荷垂直轴系上；

将吊索吊装在所述待测载荷的质心位置；

调整配重块的重量直至与所述待测载荷的重量相匹配；

调整重力卸载轴系的第一旋转轴和所述待测载荷垂直轴系的第二旋转轴共线；

控制器控制所述重力卸载轴系和所述述待测载荷垂直轴系同步转动以完成对所述待测载荷的重力卸载。