CN109708541B - 一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备 - Google Patents

Abstract

一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，它涉及一种可重复火箭跌落实验测试设备。本发明为了解决现有的测试设备不能满足横滚、俯仰、偏航角度控制的同时控制火箭水平速度、竖直速度和横滚角速度，致使无法满足不同着陆工况的真实模拟的问题。本发明的机架包括水平连接架和多组支撑架，多组支撑架由左至右依次等间距排布，多组支撑架的上部通过水平连接架连接；直线驱动导轨安装在机架的水平连接架下端，解锁释放机构安装在火箭着陆支撑机构上，姿态调整机构安装在解锁释放机构上，直线限位机构安装在姿态调整机构上，横滚角度调节机构安装在直线限位机构上并可滑动安装在直线驱动导轨上。本发明用于航空航天领域。

Description

一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备

技术领域

本发明涉及一种可回收火箭着陆支撑机构地面样机测试设备，具体涉及一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，是一种能够满足不同火箭着陆工况，完成地面模拟实验的测试设备，属于航空航天技术领域。

背景技术

目前火箭在发射后不会进行回收，其落点范围大，发射成本高是阻碍部分国家发展航空航天的主要原因，我国目前正在处在可回收火箭研制的阶段，而着陆支撑机构是回收火箭中的关键技术，通过设计一种具有缓冲特性的软着陆支撑机构，完成火箭返回过程的软着陆，回收后通过更换部分配件并实现二次发射，着陆支撑机构在设计过程中需要依托跌落测试设备完成不同工况的模拟，并测试支撑机构的力学特性，从而积累发射返回过程的数据经验。综上，现有的测试设备不能满足横滚、俯仰、偏航角度控制的同时控制火箭水平速度、竖直速度和横滚角速度，致使无法满足不同着陆工况的真实模拟的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的测试设备不能满足横滚、俯仰、偏航角度控制的同时控制火箭水平速度、竖直速度和横滚角速度，致使无法满足不同着陆工况的真实模拟的问题，进而提供一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备。

本发明的技术方案是：一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，它包括机架、直线驱动导轨、横滚角度调节机构、直线限位机构、姿态调整机构、解锁释放机构和火箭着陆支撑机构，机架包括水平连接架和多组支撑架，多组支撑架由左至右依次等间距排布，多组支撑架的上部通过水平连接架连接；直线驱动导轨安装在机架的水平连接架下端，解锁释放机构安装在火箭着陆支撑机构上，姿态调整机构安装在解锁释放机构上，直线限位机构安装在姿态调整机构上，横滚角度调节机构安装在直线限位机构上并可滑动安装在直线驱动导轨上。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的各机构之间通过单独的控制系统进行独立控制，能够使得火箭着陆支撑机构具有水平移动速度，竖直方向速度，横滚角速度，以及火箭轴线与竖直方向不同角度，即可以满足火箭返回过程中不同工况的模拟，通过测量下落过程中过载加速度等特征信息以及各杆件的运动特性，完成着陆过程缓冲特性等验证，为火箭研制提供数据积累。

2、本发明通过直线驱动电机准确控制水平速度，并通过横滚转动电机控制转动速度，利用并联机构实现平台运动控制，带动火箭完成姿态调整，由于并联机器人工作空间小，但输出力等较大，在控制火箭姿态上具有较好的作用效果。

附图说明

图1是火箭跌落实验测试设备总装图。

图2是火箭跌落实验测试设备侧视图。

图3是悬吊及横滚角速度控制机构图。

图4是解锁释放机构图。

图5是解锁释放机构俯视图。

图6是火箭上端悬吊设备图。

图7是直线驱动单元设备图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，它包括机架1、直线驱动导轨2、横滚角度调节机构3、直线限位机构4、姿态调整机构5、解锁释放机构6和火箭着陆支撑机构7，机架1包括水平连接架1-1和多组支撑架1-2，多组支撑架1-2由左至右依次等间距排布，多组支撑架1-2的上部通过水平连接架1-1连接；直线驱动导轨2安装在机架1的水平连接架1-1下端，解锁释放机构6安装在火箭着陆支撑机构7上，姿态调整机构5安装在解锁释放机构6上，直线限位机构4安装在姿态调整机构5上，横滚角度调节机构3安装在直线限位机构4上并可滑动安装在直线驱动导轨2上。

本实施方式通过各控制系统完成着陆前姿态的调整，并通过释放机构完成跌落实验，测量回落过程中火箭姿态信息以及冲击加速度等信息。

本实施方式姿态调整机构，通过六自由度并联机构完成姿态的控制，通过达到预定的姿态并锁定，完成平抛前的姿态控制。

本实施方式解锁释放机构，通过驱动电机带动齿轮转动，从而带动解锁法兰转动，压缩锁紧钢球，完成解锁，通过人工完成再次装配，锁定钢球在复位弹簧的作用下完成复位，实现再次使用。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每组支撑架1-2均为“门”字形支撑架。如此设置，结构稳定，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说明本实施方式，本实施方式的直线驱动导轨2包括直线驱动机构8、导轨固定座9和直线导轨10，导轨固定座9安装在水平连接架1-1上，直线导轨10安装在导轨固定座9上，直线驱动机构8安装在导轨固定座9上并驱动直线导轨10转动。如此设置，本实施方式通过电机转动带动丝杠旋转控制着陆支撑机构达到预定的水平移动速度，通过电机制动外加辅助制动设备进行停止，运动速度可控，精度较高。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图6说明本实施方式，本实施方式的横滚角度调节机构3包括横滚驱动电机3-1、横滚驱动齿轮3-2和横滚从动齿轮3-3，横滚驱动电机3-1安装在直线限位机构4上，横滚驱动齿轮3-2安装在横滚驱动电机3-1的下端并与横滚驱动电机3-1的输出轴连接，横滚从动齿轮3-3安装在姿态调整机构5上，横滚从动齿轮3-3与横滚驱动齿轮3-2相互啮合。如此设置，姿态控制简单，灵活。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式的横滚角度调整机构，通过电机驱动以及齿轮啮合完成转动速度控制，从动齿轮与姿态调整机构进行连接，电机驱动从动齿轮转动从而带动火箭完成主体姿态控制。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的直线限位机构4包括两个限位轴承座4-1、两组竖直限位轴承4-2、两组水平限位轴承4-3、直线驱动螺母4-4和连接座4-5，两个限位轴承座4-1之间通过连接座4-5连接，连接座4-5安装在横滚从动齿轮3-3上，两组竖直限位轴承4-2均安装在限位轴承座4-1的上部，两组水平限位轴承4-3均安装在限位轴承座4-1的下部，直线驱动螺母4-4安装在两个限位轴承座4-1之间的连接座4-5上。如此设置，便于灵活实现限位。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的限位轴承座4-1包括槽钢4-1-1、竖直限位轴承安装板4-1-2和水平限位轴承安装板4-1-3，槽钢4-1-1开口端相对布置，竖直限位轴承安装板4-1-2竖直安装在槽钢4-1-1的上端外沿上，水平限位轴承安装板4-1-3水平安装在槽钢4-1-1开口端中部。如此设置，结构简单，便于为竖直限位轴承4-2和水平限位轴承4-3提供支撑安装。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的姿态调整机构5包括并联机构下平台5-1、并联机构驱动上平台5-4、多个并联机构驱动缸5-2和多个并联机构从动缸5-3，并联机构驱动上平台5-4和并联机构下平台5-1上下平行布置，并联机构下平台5-1和并联机构驱动上平台5-4之间分别通过多个并联机构驱动缸5-2和多个并联机构从动缸5-3铰接。如此设置，便于调整不同的姿态，调整灵活可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式的姿态调整机构5还包括多个铰接座5-5，并联机构下平台5-1的下端面和并联机构驱动上平台5-4的上端面上分别安装多个铰接座5-5。如此设置，姿态调整更加灵活。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图4至图6说明本实施方式，本实施方式的解锁释放机构6包括解锁释放电机6-1、解锁释放驱动齿轮6-2、解锁释放从动齿轮6-3、法兰6-4、固定翼6-5、钢球6-6和复位弹簧6-7，并联机构驱动上平台5-4的末端加工有六边形凸台，所述六边形凸台下端加工有圆柱，圆柱上水平方向加工有圆孔，解锁释放电机6-1安装在并联机构驱动上平台5-4的下端，解锁释放驱动齿轮6-2与解锁释放电机6-1的输出轴连接，解锁释放从动齿轮6-3套装在法兰6-4上，法兰6-4通过固定翼6-5安装在圆柱上，解锁释放从动齿轮6-3与解锁释放驱动齿轮6-2相啮合，火箭着陆支撑机构7的上部开设内六边形凹槽，内六边形凹槽内设有环形轨道，环形轨道上设有锁紧限位槽，复位弹簧6-7穿过圆孔，复位弹簧6-7的两端与钢球6-6顶设。如此设置，便于与方形控制盒的下端面配合。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

解锁组件的工作原理为：解锁释放电机6-1顺时针旋转，带动解锁释放驱动齿轮6-2转动，解锁释放驱动齿轮6-2带动解锁释放从动齿轮6-3转动，法兰6-4在解锁释放从动齿轮6-3的带动下转动，将钢球6-6转动到解锁槽内，实现锁紧；解锁释放电机6-1逆时针旋转，在复位弹簧6-7力的带动下旋出解锁槽，实现解锁。

具体实施方式十：结合图7说明本实施方式，本实施方式的直线驱动机构8包括直线运动驱动电机8-1、制动阀复位弹簧8-2、制动阀8-3、电磁阀8-4和电机固定座8-5，电机固定座8-5安装在导轨固定座9上，直线运动驱动电机8-1安装在电机固定座8-5上，电磁阀8-4安装在电机固定座8-5的上部，制动阀复位弹簧8-2和制动阀8-3安装在电机固定座8-5的下部。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九相同。

由于火箭着陆支撑机构7的结构与现有的一种可重复平行四边形着陆支撑机构结构和原理相同，此处不再赘述。

本申请的工作原理：

本发明的直线驱动机构包括多个构件，其中直线驱动导轨2通过螺钉与机架1进行连接，直线驱动导轨2的两端通过导轨固定座9将直线导轨10进行固定，直线导轨10与导轨固定座9通过轴承进行转动连接，直线限位机构4与直线驱动导轨2之间通过竖直限位轴承4-2以及水平限位轴承4-4进行限位，在竖直方向能够承受一定重量，在水平方向能够保证一定的控制精度。

横滚驱动电机3-1通过螺钉固定在限位轴承座4-1上，横滚驱动电机3-1通过键与横滚驱动齿轮3-2进行连接，横滚驱动齿轮3-2将扭矩传递给横滚从动齿轮3-3，横滚从动齿轮3-3通过转动固定在限位轴承座4-1中，横滚从动齿轮3-3与并联机构下平台5-1通过螺钉进行连接，并联机构下平台5-1与并联机构上平台5-4之间通过并联机构驱动缸5-2与并联机构从动缸5-3进行连接，通过六组驱动缸的运动控制确定火箭主体的姿态。

并联机构上平台5-4末端加工有六边形的凸台，限制火箭转动，凸台下端加工有圆孔，安装两组锁定钢球6-6以及钢球复位弹簧6-7，解锁释放电机6-1与火箭着陆支撑机构7通过螺钉进行连接，解锁释放驱动齿轮6-2通过键与解锁释放电机6-1进行固定，解锁释放驱动齿轮6-2将扭矩传递给解锁释放从动齿轮6-3，解锁释放从动齿轮6-3与解锁法兰盘6-4之间通过螺钉进行固定，从而保证解锁释放电机6-1运动带动解锁法兰盘6-4转动，解锁法兰盘6-4转动过程会由于加工斜面的作用压紧锁定钢球6-6以及钢球复位弹簧6-7，最终完成解锁。

直线驱动控制端通过直线运动驱动电机8-1运动，将扭矩传递给直线导轨10从而完成转动，当电机停止运动时电磁阀8-4供电吸附两对制动阀8-3进行运动，从而使得直线导轨10停止运动，当电磁阀8-4断电后两对制动阀8-3会在制动阀复位弹簧8-2的作用下完成复位，从而实现再次使用。

Claims (9)

1.一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，它包括机架(1)、直线驱动导轨(2)、横滚角度调节机构(3)、直线限位机构(4)、姿态调整机构(5)、解锁释放机构(6)和火箭着陆支撑机构(7)，机架(1)包括水平连接架(1-1)和多组支撑架(1-2)，多组支撑架(1-2)由左至右依次等间距排布，多组支撑架(1-2)的上部通过水平连接架(1-1)连接；直线驱动导轨(2)安装在机架(1)的水平连接架(1-1)下端，解锁释放机构(6)安装在火箭着陆支撑机构(7)上，姿态调整机构(5)安装在解锁释放机构(6)上，直线限位机构(4)安装在姿态调整机构(5)上，横滚角度调节机构(3)安装在直线限位机构(4)上并可滑动安装在直线驱动导轨(2)上；其特征在于：横滚角度调节机构(3)包括横滚驱动电机(3-1)、横滚驱动齿轮(3-2)和横滚从动齿轮(3-3)，横滚驱动电机(3-1)安装在直线限位机构(4)上，横滚驱动齿轮(3-2)安装在横滚驱动电机(3-1)的下端并与横滚驱动电机(3-1)的输出轴连接，横滚从动齿轮(3-3)安装在姿态调整机构(5)上，横滚从动齿轮(3-3)与横滚驱动齿轮(3-2)相互啮合。

2.根据权利要求1所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：每组支撑架(1-2)均为“门”字形支撑架。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：直线驱动导轨(2)包括直线驱动机构(8)、导轨固定座(9)和直线导轨(10)，导轨固定座(9)安装在水平连接架(1-1)上，直线导轨(10)安装在导轨固定座(9)上，直线驱动机构(8)安装在导轨固定座(9)上并驱动直线导轨(10)转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：直线限位机构(4)包括两个限位轴承座(4-1)、两组竖直限位轴承(4-2)、两组水平限位轴承(4-3)、直线驱动螺母(4-4)和连接座(4-5)，两个限位轴承座(4-1)之间通过连接座(4-5)连接，连接座(4-5)安装在横滚从动齿轮(3-3)上，两组竖直限位轴承(4-2)均安装在限位轴承座(4-1)的上部，两组水平限位轴承(4-3)均安装在限位轴承座(4-1)的下部，直线驱动螺母(4-4)安装在两个限位轴承座(4-1)之间的连接座(4-5)上。

5.根据权利要求4所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：限位轴承座(4-1)包括槽钢(4-1-1)、竖直限位轴承安装板(4-1-2)和水平限位轴承安装板(4-1-3)，槽钢(4-1-1)开口端相对布置，竖直限位轴承安装板(4-1-2)竖直安装在槽钢(4-1-1)的上端外沿上，水平限位轴承安装板(4-1-3)水平安装在槽钢(4-1-1)开口端中部。

6.根据权利要求1或5所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：姿态调整机构(5)包括并联机构下平台(5-1)、并联机构驱动上平台(5-4)、多个并联机构驱动缸(5-2)和多个并联机构从动缸(5-3)，并联机构驱动上平台(5-4)和并联机构下平台(5-1)上下平行布置，并联机构下平台(5-1)和并联机构驱动上平台(5-4)之间分别通过多个并联机构驱动缸(5-2)和多个并联机构从动缸(5-3)铰接。

7.根据权利要求6所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：姿态调整机构(5)还包括多个铰接座(5-5)，并联机构下平台(5-1)的下端面和并联机构驱动上平台(5-4)的上端面上分别安装多个铰接座(5-5)。

8.根据权利要求7所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：解锁释放机构(6)包括解锁释放电机(6-1)、解锁释放驱动齿轮(6-2)、解锁释放从动齿轮(6-3)、法兰(6-4)、固定翼(6-5)、钢球(6-6)和复位弹簧(6-7)，并联机构驱动上平台(5-4)的末端加工有六边形凸台，所述六边形凸台下端加工有圆柱，圆柱上水平方向加工有圆孔，解锁释放电机(6-1)安装在并联机构驱动上平台(5-4)的下端，解锁释放驱动齿轮(6-2)与解锁释放电机(6-1)的输出轴连接，解锁释放从动齿轮(6-3)套装在法兰(6-4)上，法兰(6-4)通过固定翼(6-5)安装在圆柱上，解锁释放从动齿轮(6-3)与解锁释放驱动齿轮(6-2)相啮合，火箭着陆支撑机构(7)的上部开设内六边形凹槽，内六边形凹槽内设有环形轨道，环形轨道上设有锁紧限位槽，复位弹簧(6-7)穿过圆孔，复位弹簧(6-7)的两端与钢球(6-6)顶设。

9.根据权利要求8所述的一种基于并联机构的可重复火箭跌落实验测试设备，其特征在于：直线驱动机构(8)包括直线运动驱动电机(8-1)、制动阀复位弹簧(8-2)、制动阀(8-3)、电磁阀(8-4)和电机固定座(8-5)，电机固定座(8-5)安装在导轨固定座(9)上，直线运动驱动电机(8-1)安装在电机固定座(8-5)上，电磁阀(8-4)安装在电机固定座(8-5)的上部，制动阀复位弹簧(8-2)和制动阀(8-3)安装在电机固定座(8-5)的下部。

Images