CN110937139B - 一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置 - Google Patents
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Abstract
一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，属于重力模拟装置技术领域。本发明解决了现有的重力卸载装置存在的摩擦阻力大、平稳性较差的问题。所述配重式卸载机构包括水平连接架、链传动组件及传感器组件，水平连接架的中部与第二气浮块固接，且链传动组件中的两个链轮分别位于水平连接架的两端部，两个链轮通过链条连接，且链条的两端分别垂设在水平连接架的下方，所述传感器组件固接在链条的一端，其中所述传感器组件包括角度传感器及固设在角度传感器下方的拉力传感器，被卸载物通过钢丝绳固装在拉力传感器的底端，配重固装在链条的另一端。通过二维被动平移与竖直主动补偿相结合的方式，实现被卸载物在二维平面内无摩擦、平稳运动。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于空间失重实验的地面模拟装置，具体涉及一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，属于重力模拟装置技术领域。
背景技术
目前常用的重力卸载方法包括：落塔法、悬吊法、水浮法、气浮法等。这些方法分别存在持续时间短、精度差、阻力扰动且造价高、运动范围小等问题，无法满足三维空间内被卸载物高精度、大范围、平稳运动的要求。
专利201210484568.6提供了一种微重力模拟系统的设计方法，该方法在二维空间内采用被动移动的方式，竖直方向采用主动运动。由于其在二维空间内移动采用滚珠滑块和滑轨的形式，造成系统运动摩擦阻力大、响应不灵敏、平稳性较差，严重影响重力卸载效果。
发明内容
本发明是为了解决现有的重力卸载装置存在的摩擦阻力大、平稳性较差的问题，进而提供了一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，它包括承力框架、水平方向平行固装在承力框架顶端的两个固定气浮导轨、一一对应滑动装设在两个固定气浮导轨上的第一气浮块、固装在两个第一气浮块之间的移动气浮导轨、滑动装设在移动气浮导轨上的第二气浮块以及固装在所述第二气浮块上的配重式卸载机构，其中所述配重式卸载机构包括水平连接架、链传动组件及传感器组件，水平连接架的中部与第二气浮块固接，且链传动组件中的两个链轮分别位于水平连接架的两端部，两个链轮通过链条连接，且链条的两端分别垂设在水平连接架的下方，所述传感器组件固接在链条的一端，其中所述传感器组件包括角度传感器及固设在角度传感器下方的拉力传感器，被卸载物通过钢丝绳固装在拉力传感器的底端，配重固装在链条的另一端。
进一步地，水平连接架的两端部各固设有导向机构，所述导向机构包括导向框架及若干根竖直固接在水平连接架底端的导向杆，所述导向框架上下滑动穿设在若干导向杆上，传感器组件通过一个导向框架固接在链条的一端，配重通过另一个导向框架固接在链条的另一端。
进一步地，每个导向杆的底端均固设有限位块。
进一步地，每个导向机构中的导向杆数量为四根且呈矩形布置。
进一步地，导向框架与限位块之间的若干导向杆上还滑动穿装有限位板，所述限位板上开设有通孔，连接被卸载物与拉力传感器之间的钢丝绳穿设在对应所述通孔内。
进一步地，配重与另一个导向框架之间通过钢丝绳固接，且配重与另一个导向框架之间的钢丝绳穿设在对应所述通孔内。
进一步地，所述传感器组件中角度传感器的数量为两个且呈L型布置。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过二维被动平移与竖直主动补偿相结合的方式，实现被卸载物在二维平面内无摩擦、平稳运动，配重式卸载机构主动升降来保持钢丝绳恒张力，在竖直平面内跟踪被卸载物的运动。尤其适用于小型低速运动的被卸载物，与现有技术相比，能够实现三维微重力模拟且整体结构更加简单，可以有效地节约空间、方便调整、降低成本。与悬吊法相比，精度更高，运动更平稳。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为配重式卸载机构的立体结构示意图；
图3为配重式卸载机构的立体剖视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，它包括承力框架1、水平方向平行固装在承力框架1顶端的两个固定气浮导轨2、一一对应滑动装设在两个固定气浮导轨2上的第一气浮块3、固装在两个第一气浮块3之间的移动气浮导轨4、滑动装设在移动气浮导轨4上的第二气浮块5以及固装在所述第二气浮块5上的配重式卸载机构6，其中所述配重式卸载机构6包括水平连接架6-1、链传动组件及传感器组件，水平连接架6-1的中部与第二气浮块5固接，且链传动组件中的两个链轮6-2分别位于水平连接架6-1的两端部，两个链轮6-2通过链条6-3连接，且链条6-3的两端分别垂设在水平连接架6-1的下方，所述传感器组件固接在链条6-3的一端，其中所述传感器组件包括角度传感器6-4及固设在角度传感器6-4下方的拉力传感器6-5，被卸载物7通过钢丝绳9固装在拉力传感器6-5的底端，配重8固装在链条6-3的另一端。
每个气浮块分别对应在其所在的气浮导轨上实现无摩擦、无振动的平滑运动。
每个气浮导轨上均具有平行度、平面度调节装置，此为现有技术，本申请中不再赘述。
配重式卸载机构6用于实现被卸载物7的竖直主动补偿。被卸载物7的重力通过配重8来平衡，运动控制上采用拉力传感器6-5的信号反馈做运动调节。
本申请通过将被卸载物7的运动传递给移动气浮导轨4，完成水平方向跟踪运动；
通过将被卸载物7竖直方向的位移传递给拉力传感器6-5，当拉力传感器6-5检测到拉力与目标拉力值产生偏差时，产生控制信号，控制主动链轮转动来带动拉力传感器6-5升降，保持钢丝绳9恒拉力。
角度传感器能够控制或带动与其固接的拉力传感器转动，转动方向为绕角度传感器自身轴线方向转动，通过角度传感器的转动调节，实现其下方被卸载物相对于垂直方向的角度调节。
通过二维被动平移与竖直主动补偿相结合的方式，实现被卸载物7在二维平面内无摩擦、平稳运动，配重式卸载机构6主动升降来保持钢丝绳9恒张力，在竖直平面内跟踪被卸载物7的运动。尤其适用于小型低速运动的被卸载物7，整体结构更加简单，可以有效地节约空间、方便调整、降低成本。
二维平面运动采用被动形式，充分发挥了气浮导轨无摩擦的优势，使结构变得更加简单，适用于小型低速的实验对象，成本更低。竖直方向采用主动配重式重力卸载机构，来完成对实验对象的重力卸载任务。
水平连接架6-1的两端部各固设有导向机构10，所述导向机构10包括导向框架10-1及若干根竖直固接在水平连接架6-1底端的导向杆10-2，所述导向框架10-1上下滑动穿设在若干导向杆10-2上，传感器组件通过一个导向框架10-1固接在链条6-3的一端，配重8通过另一个导向框架10-1固接在链条6-3的另一端。如此设计，链传动组件动作带动链条6-3的一端产生上下位移，进而带动导向框架10-1及传感器组件沿导向杆10-2上下滑动。导向杆10-2及导向框架10-1起到对传感器组件的导向作用。链传动组件中的链轮6-2转动，带动导向机构10上下运动来抵消配重式卸载机构6的摩擦和被卸载物7运动过程中产生的惯性力。
每个导向杆10-2的底端均固设有限位块10-3。如此设计，通过限位块10-3对导向框架10-1进行最低位置的限位，进一步防止导向框架10-1及其上传感器组件的脱落。
每个导向机构10中的导向杆10-2数量为四根且呈矩形布置。
导向框架10-1与限位块10-3之间的若干导向杆10-2上还滑动穿装有限位板10-4，所述限位板10-4上开设有通孔10-41，连接被卸载物7与拉力传感器6-5之间的钢丝绳9穿设在对应所述通孔10-41内。如此设计，通过通孔10-41实现对被卸载物7的导向作用，有效防止被卸载物7摆动过大。
配重8与另一个导向框架10-1之间通过钢丝绳9固接，且配重8与另一个导向框架10-1之间的钢丝绳9穿设在对应所述通孔10-41内。如此设计，通过通孔10-41实现对配重8的导向作用，有效防止配重8摆动过大。
所述传感器组件中角度传感器6-4的数量为两个且呈L型布置。如此设计，通过布置两个第二角度传感器，实现钢丝绳及其下方固装的被卸载物在传输过程中的全方位角度调节。
水平方向控制策略：水平方向由于采用了气浮导轨，处于无摩擦运动状态，故被卸载物7二维方向上的0摩擦运动通过悬挂钢丝传递给顶部移动气浮导轨4，完成水平方向跟踪运动。
竖直方向控制策略：被卸载物7在竖直方向的位移通过钢丝绳9传递给拉力传感器6-5，当拉力传感器6-5检测到拉力与目标拉力值产生偏差时，产生控制信号，控制主动链轮转动来带动导向机构10升降，保持钢丝恒拉力。
Claims (6)
1.一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：它包括承力框架(1)、水平方向平行固装在承力框架(1)顶端的两个固定气浮导轨(2)、一一对应滑动装设在两个固定气浮导轨(2)上的第一气浮块(3)、固装在两个第一气浮块(3)之间的移动气浮导轨(4)、滑动装设在移动气浮导轨(4)上的第二气浮块(5)以及固装在所述第二气浮块(5)上的配重式卸载机构(6)，其中所述配重式卸载机构(6)包括水平连接架(6-1)、链传动组件及传感器组件，水平连接架(6-1)的中部与第二气浮块(5)固接，且链传动组件中的两个链轮(6-2)分别位于水平连接架(6-1)的两端部，两个链轮(6-2)通过链条(6-3)连接，且链条(6-3)的两端分别垂设在水平连接架(6-1)的下方，所述传感器组件固接在链条(6-3)的一端，其中所述传感器组件包括角度传感器(6-4)及固设在角度传感器(6-4)下方的拉力传感器(6-5)，被卸载物(7)通过钢丝绳(9)固装在拉力传感器(6-5)的底端，配重(8)固装在链条(6-3)的另一端，水平连接架(6-1)的两端部各固设有导向机构(10)，所述导向机构(10)包括导向框架(10-1)及若干根竖直固接在水平连接架(6-1)底端的导向杆(10-2)，所述导向框架(10-1)上下滑动穿设在若干导向杆(10-2)上，传感器组件通过一个导向框架(10-1)固接在链条(6-3)的一端，配重(8)通过另一个导向框架(10-1)固接在链条(6-3)的另一端。
2.根据权利要求1所述的一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：每个导向杆(10-2)的底端均固设有限位块(10-3)。
3.根据权利要求2所述的一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：每个导向机构(10)中的导向杆(10-2)数量为四根且呈矩形布置。
4.根据权利要求2或3所述的一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：导向框架(10-1)与限位块(10-3)之间的若干导向杆(10-2)上还滑动穿装有限位板(10-4)，所述限位板(10-4)上开设有通孔(10-41)，连接被卸载物(7)与拉力传感器(6-5)之间的钢丝绳(9)穿设在对应所述通孔(10-41)内。
5.根据权利要求4所述的一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：配重(8)与另一个导向框架(10-1)之间通过钢丝绳(9)固接，且配重(8)与另一个导向框架(10-1)之间的钢丝绳(9)穿设在对应所述通孔(10-41)内。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种气浮支撑二维被动平移重力卸载装置，其特征在于：所述传感器组件中角度传感器(6-4)的数量为两个且呈L型布置。
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