CN108674700B - 基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统 - Google Patents

Abstract

一种基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统，它涉及一种随动跟踪系统，具体涉及一种基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统。本发明为了解决现有地面使用的能实现对目前物体三维空间内运动的微重力补偿系统会对目标物体引入很大的惯量，导致除重力方向上运动外的运动误差较大的问题。本发明包括串联双杆机构、二维运动平台、控制系统、第一编码器、第二编码器和水平二维力传感器，串联双杆机构安装在二维运动平台上，第一编码器、第二编码器和水平二维力传感器安装在串联双杆机构上，控制系统通过线缆连接串联双杆机构上的第一编码器、第二编码器、力水平二维力传感器。本发明属于地面微重力模拟领域。

Description

基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统

技术领域

本发明涉及一种随动跟踪系统，具体涉及一种基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统，属于地面微重力模拟领域。

背景技术

随之我国航天事业的深入发展，宇航员的地面微低重力训练的需求也逐渐增多，为了更好的训练宇航员的舱外作业，需要同时对多宇航员和模拟舱体进行微低重力模拟试验。目前常用的微低重力补偿方法可以归结位水浮法，气浮平台法，自由落体法和悬吊重力补偿法。其中悬吊重力补偿法由于容易满足试验对象的三维运动的跟踪，且通过先进的控制和测量手段，可达到很高的补偿精度，但当涉及到运动比较多变的多宇航员的重力补偿时，因为目前悬吊重力补偿系统一般针对单一物体的运动，因此利用平面运动机构对多物体进行跟踪时会产生干涉，难以一起实现多物体的重力补偿。

除了悬吊法能比较容易满足试验对象的三维运动跟踪外，现有的其他的重力补偿方法中成熟的就是气浮法，气浮法的优势是在水平方向上的运动阻力很小，能比较好接近微重力系统，但是当加入垂直方向的重力补偿时，现有的机构都会引入较大的质量与惯量，导致水平方向与运动与预想较大。因此气浮法很难运用到宇航员的重力补偿上。

经过对现有技术的文献检索发现，目前在地面使用的能实现对目标物体三维空间内运动的微低重力补偿系统绝大多数都以悬吊式为主，种类单一。仅有少数不采用悬吊式的方法，但也停留在方案阶段，且会对目标物体引入很大的惯量，导致除重力方向上的运动外的运动误差较大。因此现提出了一个对目标水平运动产生很小干扰力的、附加质量与惯量都大大减小支撑式的平面位置随动系统，通过进一步结合现有的恒拉力系统，可以实现区别与传动悬吊的方式而是对目标物体的刚性支撑的地面微低重力模拟系统，可以实现对目标物体三维空间内运动的微低重力补偿。

发明内容

本发明为解决现有地面使用的能实现对目前物体三维空间内运动的微重力补偿系统会对目标物体引入很大的惯量，导致除重力方向上运动外的运动误差较大的问题，进而提出基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括串联双杆机构、二维运动平台、控制系统、第一编码器、第二编码器和水平二维力传感器，串联双杆机构安装在二维运动平台上，第一编码器、第二编码器和水平二维力传感器安装在串联双杆机构上，控制系统通过线缆连接串联双杆机构上的第一编码器、第二编码器、力水平二维力传感器。

进一步的，所述串联双杆机构包括根部法兰、根轴、四个连杆、中轴、外轴和外轴关节，根轴、中轴、外轴呈三角形设置，根轴通过两个由上至下并排设置的连杆与中轴连接，外轴通过两个由上至下并排设置的连杆与中轴连接，根轴的下端与根部法兰连接，外轴的上端与外轴关节连接。

进一步的，二维运动平台包括支撑架、两个Y向直线导轨、两个Y向移动平台、第一减速器、两个第一同步带轮、X向直线导轨、X向移动平台、第二减速器和两个第二同步带轮，两个Y向直线导轨分别安装在支撑架的两个长直边上，且Y向直线导轨沿其长度方向的中心线与长直边平行，两个Y向移动平台分别安装在两个Y向直线导轨上，且Y向移动平台能沿Y向直线导轨直线往复移动，X向直线导轨的两端分别与两个Y向移动平台连接，两个第二同步带轮分别安装在X向直线导轨的两端，两个第二同步带轮通过第二皮带连接，X向移动平台安装在第二皮带上，第二同步带轮通过第二减速器与电机连接，支撑架的两个短直边上分别各安装两个第一同步带轮，一条短直边上的一个第一同步带轮与另一条短直边上相对应的一个第一同步带轮通过第一皮带连接，且两条第一皮带平行，X向直线导轨的下表面与两个第一皮带连接，第一同步带轮通过第一减速器与电机连接，根部法兰与X向移动平台连接。

本发明的有益效果是：本发明将连杆机构与二维跟踪平台相结合，实现了对目标物体的复杂运动的跟踪，通过主动跟踪与随动，实现了对目标物体的低干扰力支撑式的随动，结合恒力系统使得重力补偿的手段更加丰富，在一定的补偿精度下，保证了试验的准确性和可参考性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是串联双杆机构的结构示意图；

图3是二维运动平台的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统包括串联双杆机构1、二维运动平台2、控制系统3、第一编码器17、第二编码器18和水平二维力传感器19，串联双杆机构1安装在二维运动平台2上，第一编码器17、第二编码器18和水平二维力传感器19安装在串联双杆机构1上，控制系统3通过线缆连接串联双杆机构1上的第一编码器17、第二编码器18和力水平二维力传感器19。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统的串联双杆机构1包括根部法兰11、根轴12、四个连杆13、中轴14、外轴15和外轴关节16，根轴12、中轴14、外轴15呈三角形设置，根轴12通过两个由上至下并排设置的连杆13与中轴14连接，外轴15通过两个由上至下并排设置的连杆13与中轴14连接，根轴12的下端与根部法兰11连接，外轴15的上端与外轴关节16连接。第一编码器17安装在根轴12的上端，第二编码器18安装在中轴14的上端，水平二维力传感器19安装在外轴关节16上。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统的二维运动平台2包括支撑架21、两个Y向直线导轨22、两个Y向移动平台23、第一减速器24、两个第一同步带轮25、X向直线导轨27、X向移动平台28、第二减速器29和两个第二同步带轮210，两个Y向直线导轨22分别安装在支撑架21的两个长直边21-1上，且Y向直线导轨22沿其长度方向的中心线与长直边21-1平行，两个Y向移动平台23分别安装在两个Y向直线导轨22上，且Y向移动平台23能沿Y向直线导轨22直线往复移动，X向直线导轨27的两端分别与两个Y向移动平台23连接，两个第二同步带轮210分别安装在X向直线导轨27的两端，两个第二同步带轮210通过第二皮带211连接，X向移动平台28安装在第二皮带211上，第二同步带轮210通过第二减速器29与电机连接，支撑架21的两个短直边21-2上分别各安装两个第一同步带轮25，一条短直边21-2上的一个第一同步带轮25与另一条短直边21-2上相对应的一个第一同步带轮25通过第一皮带26连接，且两条第一皮带26平行，X向直线导轨27的下表面与两个第一皮带26连接，第一同步带轮25通过第一减速器24与电机连接，根部法兰11与X向移动平台28连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

工作原理

控制系统3通过线缆连接串联双杆机构1上的第一编码器17、第二编码器18、力水平二维力传感器19。通过理论的分析可以证明，在保证杆件构型不变的情况下可以保证目标物体受到最小的干扰力。通过测量连杆间的角度，可以计算出目标位置相对于移动平台末端的位置。目标所受的干扰力也通过力传感器测得传给控制系统。根据一系列的计算，控制系统可以控制二维平台的移动，保证在跟随目标物体运动的同时对目标物体产生很小的干扰力。

当物体末端产生运动时，串联双杆机构1的连杆间的角度发生变化，通过第一编码器17与第二编码器18测得，传给控制系统3。目标物体所受的干扰力也通过水平二维力传感器19测得，传给控制系统3。控制系统3通过一系列的计算得出数据，控制X、Y向运动平台的直线运动。实现对目标物体的支撑式的位置跟踪与随动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统，所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统包括串联双杆机构(1)、二维运动平台(2)、控制系统(3)、第一编码器(17)、第二编码器(18)和水平二维力传感器(19)，串联双杆机构(1)安装在二维运动平台(2)上，第一编码器(17)、第二编码器(18)和水平二维力传感器(19)安装在串联双杆机构(1)上，控制系统(3)通过线缆连接串联双杆机构(1)上的第一编码器(17)、第二编码器(18)和水平二维力传感器(19)；

所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统，其特征在于：所述串联双杆机构(1)包括根部法兰(11)、根轴(12)、四个连杆(13)、中轴(14)、外轴(15)和外轴关节(16)，根轴(12)、中轴(14)、外轴(15)呈三角形设置，根轴(12)通过两个由上至下并排设置的连杆(13)与中轴(14)连接，外轴(15)通过两个由上至下并排设置的连杆(13)与中轴(14)连接，根轴(12)的下端与根部法兰(11)连接，外轴(15)的上端与外轴关节(16)连接，第一编码器(17)安装在根轴(12)的上端，第二编码器(18)安装在中轴(14)的上端，水平二维力传感器(19)安装在外轴关节(16)上。

2.根据权利要求1所述基于串联双杆机构的低干扰力支撑式平面位置随动跟踪系统，其特征在于：二维运动平台(2)包括支撑架(21)、两个Y向直线导轨(22)、两个Y向移动平台(23)、第一减速器(24)、两个第一同步带轮(25)、X向直线导轨(27)、X向移动平台(28)、第二减速器(29)和两个第二同步带轮(210)，两个Y向直线导轨(22)分别安装在支撑架(21)的两个长直边(21-1)上，且Y向直线导轨(22)沿其长度方向的中心线与长直边(21-1)平行，两个Y向移动平台(23)分别安装在两个Y向直线导轨(22)上，且Y向移动平台(23)能沿Y向直线导轨(22)直线往复移动，X向直线导轨(27)的两端分别与两个Y向移动平台(23)连接，两个第二同步带轮(210)分别安装在X向直线导轨(27)的两端，两个第二同步带轮(210)通过第二皮带(211)连接，X向移动平台(28)安装在第二皮带(211)上，第二同步带轮(210)通过第二减速器(29)与电机连接，支撑架(21)的两个短直边(21-2)上分别各安装两个第一同步带轮(25)，一条短直边(21-2)上的一个第一同步带轮(25)与另一条短直边(21-2)上相对应的一个第一同步带轮(25)通过第一皮带(26)连接，且两条第一皮带(26)平行，X向直线导轨(27)的下表面与两个第一皮带(26)连接，第一同步带轮(25)通过第一减速器(24)与电机连接，根部法兰(11)与X向移动平台(28)连接。