CN108725851A - 一种四索并联式重力补偿机构及控制方法 - Google Patents

一种四索并联式重力补偿机构及控制方法 Download PDF

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高海波
刘振
吕凤天
于海涛
丁亮
李楠
邓宗全
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    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G7/00Simulating cosmonautic conditions, e.g. for conditioning crews

Abstract

一种四索并联式重力补偿机构及控制方法,它涉及一种重力补偿机构及控制方法,具体涉及一种四索并联式重力补偿机构及控制方法。本发明为了解决传统重力补偿方法能够跟随被测对象的铅垂直方向平移和水平方向平移,但是不能跟随对象绕铅垂轴旋转的问题。本发明包括固定支架、第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构、第一绳索、第二绳索、第三绳索和第四绳索,第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构呈矩形安装在固定支架上。本发明属于航空航天领域。

Description

一种四索并联式重力补偿机构及控制方法
技术领域
本发明涉及一种重力补偿机构及控制方法,具体涉及一种四索并联式重力补偿机构及控制方法,属于航空航天领域。
背景技术
空间系统工作于低重力或零重力条件下,其结构承载能力较弱。在地面实验中,如不进行重力补偿,重力的作用将会在各关节部位产生较大的力和力矩,损坏空间系统结构。悬吊式重力补偿是借助绳索张力抵消空间系统自重的一种方法。传统上,使用单根吊索悬吊被测的空间系统:这种重力补偿方法能够跟随被测对象的铅垂直方向平移和水平方向平移,但是不能跟随对象绕铅垂轴的旋转。针对这种情况,本专利提出一种四索并联式重力补偿系统构型及控制方法。使用此方法进行重力补偿实验时,四索并联式重力补偿系统能够同时跟踪对象的铅垂直方向平移和、水平方向平移和绕铅垂轴的旋转。
发明内容
本发明为解决传统重力补偿方法能够跟随被测对象的铅垂直方向平移和水平方向平移,但是不能跟随对象绕铅垂轴旋转的问题,进而提出一种四索并联式重力补偿机构及控制方法。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明所述补偿机构包括固定支架、第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构、第一绳索、第二绳索、第三绳索和第四绳索,第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构呈矩形安装在固定支架上,第一绳系驱动机构通过第一绳索与物体上表面的A点连接,第二绳系驱动机构通过第二绳索与物体上表面的D点连接,第三绳系驱动机构通过第三绳索与物体上表面的C点连接,第四绳系驱动机构通过第四绳索与物体上表面的B点连接。
进一步的,第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构结构相同,第一绳系驱动机构包括电机、减速机、卷筒、第一联轴器和第二联轴器,电机的转动轴通过第一联轴器与减速机的输入轴连接,减速机的输出轴通过第二联轴器与卷筒的卷筒轴连接,第一绳系驱动机构的卷筒与第一绳索连接,第二绳系驱动机构的卷筒与第二绳索连接,第三绳系驱动机构的卷筒与第三绳索连接,第四绳系驱动机构的卷筒与第四绳索连接。
进一步的,固定支架由矩形框体和四个支腿组成,四个支腿呈矩形设置,每个支腿的上端均与矩形框体下表面相对应的一个角连接。
本发明所述补偿机构控制方法的具体步骤如下:
步骤一、物体沿垂直方向移动:通过控制第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时收缩第一绳索、第二绳索、第三绳索、第四绳索,实现物体沿垂直方向的正向移动;通过控制第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时放出第一绳索、第二绳索、第三绳索、第四绳索,实现物体沿垂直方向的负向移动;
步骤二、物体沿Xg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时伸长第一绳索、第四绳索,第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构同时收缩第二绳索、第三绳索,实现物体沿Xg轴正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时收缩第一绳索、第四绳索,第二绳系驱动机构、第三绳系驱动机构同时放出第二绳索、第三绳索,实现物体沿Xg轴负方向运动;
步骤三、物体沿Yg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构同时收缩第一绳索、第二绳索,第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时放出第三绳索、第四绳索,实现物体沿Yg轴的正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构、第二绳系驱动机构同时放出第一绳索、第二绳索,第三绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时收缩第三绳索、第四绳索,实现物体沿Yg轴的负方向运动;
步骤四、物体在水平方向平移:将物体在水平方向的移动分解为沿Xg轴方向和Yg轴方向的移动,通过控制第一绳索、第二绳索、第三绳索、第四绳索实现两个方向的移动,使物体达到水平方向上的指定位置;
步骤五、物体沿Zg轴转动:通过控制第一绳系驱动机构、第三绳系驱动机构同时放出第一绳索、第三绳索,第二绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时收缩第二绳索、第四绳索,实现物体绕Zg轴顺时针转动;通过控制第一绳系驱动机构、第三绳系驱动机构同时收缩第一绳索、第三绳索,第二绳系驱动机构、第四绳系驱动机构同时放出第二绳索、第四绳索,实现物体绕Zg轴逆时针转动。
本发明的有益效果是:本发明能够解决空间物体的重力补偿问题,为空间物体在地面实验提供了重力补偿机构,结构简单,易于理解和实现。四索并联式重力补偿系统的设计方案采用四根绳驱动,电机位置固定的方式来实现重力补偿。相对于天车与二维随动系统的补偿方式,四索并联式重力补偿系统不需要导轨来完成跟踪控制,降低了系统的重量,尤其是对于物体移动范围大的重力补偿系统。由于不再需要二维随动系统,使得系统在跟踪物体运动时没有了二维随动系统运动的惯性形成的误差,可以提高跟踪精度。同时,还可以降低重力补偿系统成本。
附图说明
图1是本发明所述补偿机构的结构示意图;
图2是绳系驱动机构的机构简图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种四索并联式重力补偿机构包括固定支架1、第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5、第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9和第四绳索10,第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第五绳系驱动机构5呈矩形安装在固定支架1上,第一绳系驱动机构2通过第一绳索7与物体6上表面的A点连接,第二绳系驱动机构3通过第二绳索8与物体6上表面的D点连接,第三绳系驱动机构4通过第三绳索9与物体6上表面的C点连接,第四绳系驱动机构5通过第四绳索10与物体6上表面的B点连接。物体6上表面的A、B、C、D四个点位于物体6上表面的四个角,且沿顺时针方向排列。
具体实施方式二:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种四索并联式重力补偿机构的第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5结构相同,第一绳系驱动机构2包括电机2-1、减速机2-2、卷筒2-3、第一联轴器2-4和第二联轴器2-5,电机2-1的转动轴通过第一联轴器2-4与减速机2-2的输入轴连接,减速机2-2的输出轴通过第二联轴器2-5与卷筒2-3的卷筒轴连接,第一绳系驱动机构2的卷筒2-3与第一绳索7连接,第二绳系驱动机构3的卷筒2-3与第二绳索8连接,第三绳系驱动机构4的卷筒2-3与第三绳索9连接,第四绳系驱动机构5的卷筒2-3与第四绳索10连接。
第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5沿顺时针方向依次安装在矩形框体1-1的四个角上,且第一绳系驱动机构2位于物体6上表面D点的上方,第二绳系驱动机构3位于物体6上表面A点的上方,第三绳系驱动机构4位于物体6上表面B点的上方,第四绳系驱动机构5位于物体6上表面C点的上方。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和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种四索并联式重力补偿机构的固定支架1由矩形框体1-1和四个支腿1-2组成,四个支腿1-2呈矩形设置,每个支腿1-2的上端均与矩形框体1-1下表面相对应的一个角连接。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和图2说明本实施方式,本实施方式所述一种四索并联式重力补偿机构控制方法的具体步骤如下:
步骤一、物体6沿垂直方向移动:通过控制第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5同时收缩第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9、第四绳索10,实现物体6沿垂直方向的正向移动;通过控制第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5同时放出第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9、第四绳索10,实现物体6沿垂直方向的负向移动;
步骤二、物体6沿Xg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构2、第四绳系驱动机构5同时伸长第一绳索7、第四绳索10,第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4同时收缩第二绳索8、第三绳索9,实现物体6沿Xg轴正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构2、第四绳系驱动机构5同时收缩第一绳索7、第四绳索10,第二绳系驱动机构3、第三绳系驱动机构4同时放出第二绳索8、第三绳索9,实现物体6沿Xg轴负方向运动;
步骤三、物体6沿Yg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3同时收缩第一绳索7、第二绳索8,第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5同时放出第三绳索9、第四绳索10,实现物体6沿Yg轴的正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构2、第二绳系驱动机构3同时放出第一绳索7、第二绳索8,第三绳系驱动机构4、第四绳系驱动机构5同时收缩第三绳索9、第四绳索10,实现物体6沿Yg轴的负方向运动;
步骤四、物体6在水平方向平移:将物体6在水平方向的移动分解为沿Xg轴方向和Yg轴方向的移动,通过控制第一绳索7、第二绳索8、第三绳索9、第四绳索10实现两个方向的移动,使物体6达到水平方向上的指定位置;
步骤五、物体6沿Zg轴转动:通过控制第一绳系驱动机构2、第三绳系驱动机构4同时放出第一绳索7、第三绳索9,第二绳系驱动机构3、第四绳系驱动机构5同时收缩第二绳索8、第四绳索10,实现物体6绕Zg轴顺时针转动;通过控制第一绳系驱动机构2、第三绳系驱动机构4同时收缩第一绳索7、第三绳索9,第二绳系驱动机构3、第四绳系驱动机构5同时放出第二绳索8、第四绳索10,实现物体6绕Zg轴逆时针转动。
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 (4)

1.一种四索并联式重力补偿机构,其特征在于:所述一种四索并联式重力补偿机构包括固定支架(1)、第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)、第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)和第四绳索(10),第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)、第五绳系驱动机构(5)呈矩形安装在固定支架(1)上,第一绳系驱动机构(2)通过第一绳索(7)与物体(6)上表面的A点连接,第二绳系驱动机构(3)通过第二绳索(8)与物体(6)上表面的D点连接,第三绳系驱动机构(4)通过第三绳索(9)与物体(6)上表面的C点连接,第四绳系驱动机构(5)通过第四绳索(10)与物体(6)上表面的B点连接。
2.根据权利要求1所述一种四索并联式重力补偿机构,其特征在于:第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)结构相同,第一绳系驱动机构(2)包括电机(2-1)、减速机(2-2)、卷筒(2-3)、第一联轴器(2-4)和第二联轴器(2-5),电机(2-1)的转动轴通过第一联轴器(2-4)与减速机(2-2)的输入轴连接,减速机(2-2)的输出轴通过第二联轴器(2-5)与卷筒(2-3)的卷筒轴连接,第一绳系驱动机构(2)的卷筒(2-3)与第一绳索(7)连接,第二绳系驱动机构(3)的卷筒(2-3)与第二绳索(8)连接,第三绳系驱动机构(4)的卷筒(2-3)与第三绳索(9)连接,第四绳系驱动机构(5)的卷筒(2-3)与第四绳索(10)连接。
3.根据权利要求1所述一种四索并联式重力补偿机构,其特征在于:固定支架(1)由矩形框体(1-1)和四个支腿(1-2)组成,四个支腿(1-2)呈矩形设置,每个支腿(1-2)的上端均与矩形框体(1-1)下表面相对应的一个角连接。
4.一种四索并联式重力补偿机构控制方法,其特征在于:所述一种四索并联式重力补偿机构控制方法的具体步骤如下:
步骤一、物体(6)沿垂直方向移动:通过控制第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)同时收缩第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)、第四绳索(10),实现物体(6)沿垂直方向的正向移动;通过控制第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)同时放出第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)、第四绳索(10),实现物体(6)沿垂直方向的负向移动;
步骤二、物体(6)沿Xg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构(2)、第四绳系驱动机构(5)同时伸长第一绳索(7)、第四绳索(10),第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)同时收缩第二绳索(8)、第三绳索(9),实现物体(6)沿Xg轴正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构(2)、第四绳系驱动机构(5)同时收缩第一绳索(7)、第四绳索(10),第二绳系驱动机构(3)、第三绳系驱动机构(4)同时放出第二绳索(8)、第三绳索(9),实现物体(6)沿Xg轴负方向运动;
步骤三、物体(6)沿Yg轴方向平移:通过控制第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)同时收缩第一绳索(7)、第二绳索(8),第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)同时放出第三绳索(9)、第四绳索(10),实现物体(6)沿Yg轴的正方向运动;通过控制第一绳系驱动机构(2)、第二绳系驱动机构(3)同时放出第一绳索(7)、第二绳索(8),第三绳系驱动机构(4)、第四绳系驱动机构(5)同时收缩第三绳索(9)、第四绳索(10),实现物体(6)沿Yg轴的负方向运动;
步骤四、物体(6)在水平方向平移:将物体(6)在水平方向的移动分解为沿Xg轴方向和Yg轴方向的移动,通过控制第一绳索(7)、第二绳索(8)、第三绳索(9)、第四绳索(10)实现两个方向的移动,使物体(6)达到水平方向上的指定位置;
步骤五、物体(6)沿Zg轴转动:通过控制第一绳系驱动机构(2)、第三绳系驱动机构(4)同时放出第一绳索(7)、第三绳索(9),第二绳系驱动机构(3)、第四绳系驱动机构(5)同时收缩第二绳索(8)、第四绳索(10),实现物体(6)绕Zg轴顺时针转动;通过控制第一绳系驱动机构(2)、第三绳系驱动机构(4)同时收缩第第一绳索(7)、第三绳索(9),第二绳系驱动机构(3)、第四绳系驱动机构(5)同时放出第二绳索(8)、第四绳索(10),实现物体(6)绕Zg轴逆时针转动。
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