CN112357132A

CN112357132A - 一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构

Info

Publication number: CN112357132A
Application number: CN202011146649.6A
Authority: CN
Inventors: 秦远田; 杨丽; 张浩阳; 蒙奎全; 陈晓峰
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2040-10-23
Also published as: CN112357132B

Abstract

本发明公开了一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，涉及卫星空间机械臂失重模拟领域，包括钢索、两个定滑轮、动滑轮、电机、角度传感器、力传感器、导轨滑块，若干支架；本发明的运作方式为：需要模拟太空展开的天线挂载在失重模拟机构的钢索上，天线所受的重力传递给钢索，钢索拉动动滑轮，然后通过第四支架和弹簧将力传递给力传感器，力传感器感应到的力是天线所受重力的两倍，控制器感应到后控制电机拉动钢索从而保持天线处于失重状态；本发明在地面为天线提供失重环境，模拟太空中天线展开，能够解决地表模拟失重环境的问题。

Description

一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构

技术领域

本发明涉及卫星空间机械臂失重模拟领域，具体是一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构。

背景技术

卫星的星载天线技术在不断发展，为了达到更大容量，更多频段的通信指标，卫星天线的设计趋于复杂，面积也更大。由于火箭运载能力的限制，卫星天线需要做成可折叠式，在进入轨道前收缩，入轨之后再展开。在进行星载天线设计时，需要在地面模拟天线展开，但是地面没有太空中的失重环境，因此，本发明的技术应运而生。

发明内容

本发明针对地面没有太空中的失重环境的问题，设计的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构能够在地面为天线提供失重环境，模拟太空中天线展开，解决地面模拟卫星天线展开问题，使用悬吊的方式平衡负载的重力，模拟失重状态。

本发明是这样实现的：

一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，包括主支架，所述的主支架内部的顶端设置两个定滑轮，所述的定滑轮之间利用钢索在中下部设置动滑轮；利用两个定滑轮让钢索通过其然后通过动滑轮，将动滑轮悬吊起来。

所述的动滑轮利用第四支架在下端设置弹簧，所述的弹簧下端设置力传感器，弹簧将受力传递到力传感器上，起到缓冲作用，防止力出现突变时损坏力传感器，保护力传感器，所述的力传感器再与主支架的底端固定连接；

所述的主支架外设置有主支架外定滑轮，钢索通过主支架外定滑轮连接两边的定滑轮以及动滑轮，钢索在主支架上两个定滑轮与动滑轮之间为垂直水平面状态，动滑轮受力平衡，可知力传感器所受的力为钢索受力的两倍，即负载是重力的两倍；

所述的主支架内部的顶端还设置有角度传感器，所述的角度传感器下端设置角度传感器探头；

钢索一端可悬挂负载，角度传感器的角度传感器探头触碰到钢索，利用角度传感器探头感应钢索的位移。本发明机构在实施过程中负载挂在钢索上会做左右位移，带动钢索位移，机构为了跟随负载移动，利用角度传感器感应负载的移动，从而让机构发生同方向的移动。

进一步，在所述的主支架顶端设置有连接板，所述的连接板上设置有导轨滑块；所述主支架外定滑轮设置在连接板的下端，所述的主支架外定滑轮利用第二支架与连接板连接。整个机构通过连接板安装在导轨滑块上，滑块受控带动机构在导轨上左右位移。

进一步，所述的主支架外定滑轮与电机连接；所述的主支架外定滑轮连接电机转轴，主支架外定滑轮为细口槽，钢索绕在细口槽内，所述的电机控制主支架外定滑轮收放钢索。钢索在两个定滑轮与动滑轮之间要求是垂直状态，目的是让力传感器受到的力刚好是钢索拉力的两倍，方便计算。

定滑轮连接电机转轴，此定滑轮为细口槽，钢索绕在细口槽内，细口槽的大小使得槽内仅能容纳一根钢索，钢索只能一圈绕在下面一圈的上方，不会向两边滑脱，可保证电机工作时钢索收放顺畅，防止钢索滑脱导致钢索悬吊负载突然下坠，进而不会导致悬挂的负载突然下坠以及力传感器信号突变。

进一步，所述的两个定滑轮分别通过第一支架与主支架连接；所述的传感器利用第三支架与主支架连接。

进一步，所述的力传感器利用传感器底座与主支架底部固定连接。力传感器可感应到钢索通过弹簧传递过来的力变化，产生相应电信号，从而电机控制滑轮收放钢索，维持负载在垂直方向上的稳定。

进一步，所述的机构运作方式为：

将需要模拟太空展开的天线挂载在失重模拟机构的钢索上，天线所受的重力传递给钢索，钢索拉动动滑轮，然后通过第四支架和弹簧将力传递给力传感器，力传感器感应到的力是天线所受重力的两倍，控制器感应到后控制电机拉动钢索，从而保持钢索对天线悬吊的力与天线所受重力平衡；

当天线在展开时会在水平方向上移动，带动钢索发生位移，接触在钢索上的角度传感器探头将位移传递给角度传感器，从而控制器可以发出指令让导轨滑块带动机构在导轨上移动，以跟随天线的展开位移。

本发明与现有技术的有益效果在于：

本发明提供一种通过将载荷悬挂，平衡其重力的方式模拟失重状态。机构中悬挂载荷的钢索经过定滑轮连接电机，中间经过连接力传感器的动滑轮，载荷上方的钢索处安装有角度传感器，当载荷在水平位置发生位移时，被角度传感器检测到，控制装置做出相应位移，保持载荷始终被垂直悬挂，当载荷在垂直方向上发生位移时，悬挂的钢索触动力传感器，控制电机做出相应的动作，让悬挂与载荷重力保持在平衡状态，本发明在地面为天线提供模拟失重环境，模拟太空中天线展开，能够解决地表模拟失重环境的问题。

附图说明

图1是本发明一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构的整体示意图；

图2 是本发明一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构的正视图；

图3 是本发明一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构的侧视图；

图4是本发明一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构的分解图；

图5是本发明实施例中一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构安装在导轨上示意图；

其中，1-第一支架，2-定滑轮，3-第二支架，4-主支架外定滑轮，5-第四支架，6-第三支架，7-角度传感器，8-动滑轮，9-弹簧，10-角度传感器探头，11-钢索，12-力传感器，13-电机，14-导轨滑块，15-主支架，16-连接板，17-传感器底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1~4所示，本发明包括钢索11、两个定滑轮2、动滑轮8、电机13、角度传感器7、力传感器12、导轨滑块14。

本发明的零部件都安装在主支架15上，钢索11一端可悬挂负载，角度传感器7的角度传感器探头10触碰到钢索11，角度传感器7通过第三支架6连接在主支架15上。两个定滑轮均通过第一支架1与主支架15连接，力传感器12也安装在主支架15，安装在主支架15的下端，上面与弹簧9连接，通过第四支架5连接动滑轮8，第四支架5下端与弹簧9连接。主支架外定滑轮4连接电机13，通过第二支架3连接在主支架15上。钢索依次通过主支架外定滑轮4后通过定滑轮2，然后通过动滑轮5，再通过定滑轮后下垂，连接负载，钢索在定滑轮与动滑轮之间处于垂直水平面的状态。

如图5所示，导轨滑块14安装在支架15上方，导轨滑块14受控带动机构在导轨上左右位移。具体的运作方式为：将需要模拟太空展开的天线挂载在失重模拟机构的钢索11上，天线所受的重力传递给钢索11，钢索11拉动动滑轮8，然后通过第四支架5和弹簧9将力传递给力传感器12，力传感器12感应到的力是天线所受重力的两倍，控制器感应到后控制电机13拉动钢索11从而保持天线处于失重状态；

当天线在展开时会在水平方向上移动，带动钢索11发生位移，接触在钢索11上的角度传感器探头10将位移传递给角度传感器7，从而控制器可以发出指令让导轨滑块14带动机构在导轨上移动，以跟随天线的展开位移。以上所述仅是本发明的优选实施方式。

Claims

1.一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，包括主支架（15），其特征在于，所述的主支架（15）内部的顶端设置两个定滑轮（2），所述的定滑轮（2）之间利用钢索（11）在中下部设置动滑轮（8），所述的动滑轮（8）利用第四支架（5）在下端设置弹簧（9），所述的弹簧（9）下端设置力传感器（12），弹簧（9）将受力传递到力传感器上，起到缓冲作用，防止力出现突变时损坏力传感器，所述的力传感器（12）再与主支架（15）的底端固定连接；

所述的主支架（15）外设置有主支架外定滑轮（4），钢索（11）通过主支架外定滑轮（4）连接两边的定滑轮（2）以及动滑轮（8），钢索在主支架上两个定滑轮（2）与动滑轮（8）之间为垂直水平面状态，动滑轮（8）受力平衡，可知力传感器所受的力为钢索受力的两倍，即负载是重力的两倍；

所述的主支架（15）内部的顶端还设置有角度传感器（7），所述的角度传感器（7）下端设置角度传感器探头（10）；

钢索（11）一端可悬挂负载，角度传感器（7）的角度传感器探头（10）触碰到钢索（11），利用角度传感器探头（10）感应钢索（11）的位移。

2.根据权利要求1所述的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，其特征在于，在所述的主支架（15）顶端设置有连接板（16），所述的连接板（16）上设置有导轨滑块（14）；所述主支架外定滑轮（4）设置在连接板（16）的下端，所述的主支架外定滑轮（4）利用第二支架（3）与连接板（16）连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，其特征在于，所述的主支架外定滑轮（4）与电机（13）连接；所述的主支架外定滑轮（4）连接电机（13）转轴，主支架外定滑轮（4）为细口槽，钢索绕在细口槽内，所述的细口槽让钢索只能一圈叠加绕在下面一圈的上方，在电机工作收放钢索时钢索不会向两边滑脱，进而不会导致悬挂的负载突然下坠以及力传感器信号突变；所述的电机（13）控制主支架外定滑轮（4）收放钢索。

4.根据权利要求1所述的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，其特征在于，所述的两个定滑轮（2）分别通过第一支架（1）与主支架（15）连接；所述的传感器（7）利用第三支架（5）与主支架（15）连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，其特征在于，所述的力传感器（12）利用传感器底座（17）与主支架（15）底部固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有力和位置反馈的天线重力平衡机构，其特征在于，所述的机构运作方式为：

将需要模拟太空展开的天线挂载在失重模拟机构的钢索（11）上，天线所受的重力传递给钢索（11），钢索（11）拉动动滑轮（8），然后通过第四支架（5）和弹簧（9）将力传递给力传感器（12），力传感器（12）感应到的力是天线所受重力的两倍，控制器感应到后控制电机（13）拉动钢索（11）从而保持天线处于失重状态；

当天线在展开时会在水平方向上移动，带动钢索（11）发生位移，接触在钢索（11）上的角度传感器探头（10）将位移传递给角度传感器（7），从而控制器可以发出指令让导轨滑块（14）带动机构在导轨上移动，以跟随天线的展开位移。