CN112382160A - 一种六自由度模拟器气浮滑轮系统 - Google Patents

Abstract

一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，本发明涉及一种气浮滑轮系统,本发明为解决传统的模拟器无法满足航天任务要求卫星模拟器提供六自由度的全方位三维空间模拟的问题，本发明包括上框体组件、下框体组件、安装板、多个定滑轮和绳索，所述下框体组件套装在上框体组件的外侧，上框体组件和下框体组件均与安装板连接，多个定滑轮沿圆周方向均布安装在安装板的上表面，每个定滑轮上设有绳索，绳索的一端与上框体组件连接，绳索的另一端与下框体组件连接。本发明具有高精度、高频响的特点，该系统能够提高卫星地面仿真精度，其在竖直方向零重力的实现是有关六自由度卫星模拟器研制的关键技术。本发明属于六自由度卫星模拟器领域。

Description

一种六自由度模拟器气浮滑轮系统

技术领域

本发明涉及一种气浮滑轮系统，具体涉及一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，本发明属于六自由度卫星模拟器领域。

背景技术

随着航天技术的发展，空间机构的在轨服务与维护已成为了航天领域的前沿方向，而空间航天器的编队飞行技术、交会对接技术、空间机械臂的展开和抓捕技术等空间操纵技术作为空间在轨服务与维护的技术基础，更是航天技术目前的热点与难点。然而，空间操纵技术作为空间机构完成应用任务的技术基础，具有系统复杂、技术难度大、难以在实际工作环境下进行实验等困难。近年来，基于气浮平台系统开发的地面空间环境仿真系统成为了进行地面物理仿真验证工作的主流手段。该系统利用气浮机构超低摩擦的特点，能够以极逼真的程度在地面模拟空间飞行器在轨运动的实际状态，能够将空间零重力环境在地面进行高置信度的还原，代表了当今空间飞行器地面物理仿真的主流方向和先进水平。

目前，国内外地面仿真系统多采用三自由度或五自由度模拟器。三自由度模拟器仅能提供水平面的平动和竖直轴的转动，五自由度模拟器是在三自由度模拟器的基础上加上了气浮球轴承，增加了两个转动自由度。但日益增加的航天任务需求要求卫星模拟器提供六自由度的全方位三维空间模拟，传统的模拟器已无法满足需求，六自由度模拟器已经成为了急需解决的技术难题。

发明内容

本发明为解决传统的模拟器无法满足航天任务要求卫星模拟器提供六自由度的全方位三维空间模拟的问题，进而提供一种六自由度模拟器气浮滑轮系统。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

本发明包括上框体组件、下框体组件、安装板、多个定滑轮和绳索，所述下框体组件套装在上框体组件的外侧，上框体组件和下框体组件均与安装板连接，多个定滑轮沿圆周方向均布安装在安装板的上表面，每个定滑轮上设有绳索，绳索的一端与上框体组件连接，绳索的另一端与下框体组件连接。

进一步地，所述上框体组件包括上部圆盘体、第一圆环体、第二圆环体、第三圆环体、多个第一导向杆和多个第一气浮导向座，上部圆盘体、第一圆环体、第二圆环体和第三圆环体由上至下依次设置，多个第一气浮导向座沿圆周方向均布安装在安装板的上表面；第一圆环体的下表面和第二圆环体的上表面通过立柱连接，第一导向杆沿圆周方向均布设置，每个第一导向杆的上端与第二圆环体的下表面固定连接，每个第一导向杆的下端依次穿过第一气浮导向座和安装板后与第三圆环体的上表面连接。

进一步地，所述下框体组件包括上圆环体、下圆环体、多个第二导向杆和多个第二气浮导向座，多个第二气浮导向座沿圆周方向均布安装在安装板的上表面，且每个第二气浮导向座位于两个第一气浮导向座之间，上圆环体位于第二圆环体和安装板之间，每个第二导向杆的上端与上圆环体的下表面固定连接，每个第二导向杆的下端依次穿过第二气浮导向座和安装板后与下圆环体的上表面连接。

进一步地，所述每个绳索的一端与第三圆环体的上表面连接，每个绳索的另一端与下圆环体的上表面连接。

进一步地，所述每个第一气浮导向座的上表面设有与第一导向杆配合的通孔，每个第一气浮导向座的内侧壁设有多个细小气孔。

进一步地，所述每个第二气浮导向座的上表面设有与第二导向杆配合的通孔，每个第二气浮导向座的内侧壁设有多个细小气孔。

进一步地，所述安装板为矩形板体，安装板上表面的两侧设有矩形通孔。

本发明的有益效果是：

1、上框架组件和下框架组件均通过安装板固定，定滑轮安装在安装板上，其绳索分别与上、下框架的筒底部连接，下框架与载荷系统连接，上框架组件中具有主、被动恒力输出装置，使得上、下框架组件的受力相当，实现定滑轮两边的重力动态平衡；

2、气浮导向座与导向杆的非接触的特性，可以减小导向杆的摩擦，提高零生力模拟系统的精度；

3、本发明具有高精度、高频响的特点，该系统能够提高卫星地面仿真精度，其在竖直方向零重力的实现是有关六自由度卫星模拟器研制的关键技术。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种六自由度模拟器气浮滑轮系统包括上框体组件、下框体组件、安装板1、多个定滑轮2和绳索3，所述下框体组件套装在上框体组件的外侧，上框体组件和下框体组件均与安装板1连接，多个定滑轮2沿圆周方向均布安装在安装板1的上表面，每个定滑轮2上设有绳索3，绳索3的一端与上框体组件连接，绳索3的另一端与下框体组件连接。

上框架组件和下框架组件均通过安装板1固定，定滑轮2安装在安装板1上，其绳索3分别与上、下框架组件的筒体底部连接，下框架组件与载荷系统连接，上框架组件中具有主、被动恒力输出装置，使得上、下框架组件的受力相当，实现定滑轮两边的重力动态平衡。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述上框体组件包括上部圆盘体4、第一圆环体5、第二圆环体6、第三圆环体7、多个第一导向杆8和多个第一气浮导向座9，上部圆盘体4、第一圆环体5、第二圆环体6和第三圆环体7由上至下依次设置，多个第一气浮导向座9沿圆周方向均布安装在安装板1的上表面；第一圆环体5的下表面和第二圆环体6的上表面通过立柱连接，第一导向杆8沿圆周方向均布设置，每个第一导向杆8的上端与第二圆环体6的下表面固定连接，每个第一导向杆8的下端依次穿过第一气浮导向座9和安装板1后与第三圆环体7的上表面连接。

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说明本实施方式，本实施方式所述下框体组件包括上圆环体10、下圆环体11、多个第二导向杆12和多个第二气浮导向座13，多个第二气浮导向座13沿圆周方向均布安装在安装板1的上表面，且每个第二气浮导向座13位于两个第一气浮导向座9之间，上圆环体10位于第二圆环体6和安装板1之间，每个第二导向杆12的上端与上圆环体10的下表面固定连接，每个第二导向杆13的下端依次穿过第二气浮导向座13和安装板1后与下圆环体11的上表面连接。第一气浮导向座9和第二气浮导向座13的型号为NewWayS302001。

其它组成以连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述每个绳索3的一端与第三圆环体7的上表面连接，每个绳索的另一端与下圆环体11的上表面连接。

其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述每个第一气浮导向座9的上表面设有与第一导向杆8配合的通孔，每个第一气浮导向座9的内侧壁设有多个细小气孔。

第一气浮导向座9与第一导向杆8之间具有非接触的特性，可以减小第一导向杆的摩擦，第一气浮导向座9连接有气瓶或者外接气源，可以为其供气并从细小气孔喷出，在第一导向杆8与第一气浮导向座9之间形成一层气膜，使得轴和孔分离，从而极大地减小第一导向杆8与孔之间的摩擦力。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述每个第二气浮导向座13的上表面设有与第二导向杆12配合的通孔，每个第二气浮导向座13的内侧壁设有多个细小气孔。

第二气浮导向座13与第二导向杆12之间具有非接触的特性，可以减小第二导向杆的摩擦，第二气浮导向座13连接有气瓶或者外接气源，可以为其供气并从细小气孔喷出，在第二导向杆12与第二气浮导向座13之间形成一层气膜，使得轴和孔分离，从而极大地减小第二导向杆12与孔之间的摩擦力。

其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述安装板1为矩形板体，安装板1上表面的两侧设有矩形通孔1-1。安装板通过螺栓与五自由度模拟器相连接，矩形通孔起着减重和方便拿放的作用。

工作原理：

安装板1固定不动，载荷安装在下框架组件的下部，下框架承受载荷的拉力，当载荷沿着竖直方向动态运动过程中，上框架组件和下框架组件通过定滑轮2和绳索3相对运动，使得上框架组件和下框架组件相对位置发生变化。

主、被动恒力输出系统安装在上框架组件中，上框架承受恒力输出系统的推力，当载荷沿着竖直方向动态运动过程中，上框架组件和下框架组件相对位置发生变化，从而触发上框架组件上的主、被动恒力输出系统输出力的变化，使得其输出等于载荷大小，从而再度使得定滑轮两侧保持平衡，从而实现下框架组件及其所安装的载荷的零重力。

绳索3的长度可以改变恒力系统的行程，即竖直方向可以移动的距离。绳索的长度越大，行程就越大。但是整个系统的有效工作区间还取决于主、被动恒力输出系统的工作行程，因此，只要绳索的长度大于主、被动恒力输出系统的工作行程，就可以保障主、被动恒力输出系统的全行程正常运行。

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 (7)

1.一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述一种六自由度模拟器气浮滑轮系统包括上框体组件、下框体组件、安装板(1)、多个定滑轮(2)和绳索(3)，所述下框体组件套装在上框体组件的外侧，上框体组件和下框体组件均与安装板(1)连接，多个定滑轮(2)沿圆周方向均布安装在安装板(1)的上表面，每个定滑轮(2)上设有绳索(3)，绳索(3)的一端与上框体组件连接，绳索(3)的另一端与下框体组件连接。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述上框体组件包括上部圆盘体(4)、第一圆环体(5)、第二圆环体(6)、第三圆环体(7)、多个第一导向杆(8)和多个第一气浮导向座(9)，

上部圆盘体(4)、第一圆环体(5)、第二圆环体(6)和第三圆环体(7)由上至下依次设置，多个第一气浮导向座(9)沿圆周方向均布安装在安装板(1)的上表面；第一圆环体(5)的下表面和第二圆环体(6)的上表面通过立柱连接，第一导向杆(8)沿圆周方向均布设置，每个第一导向杆(8)的上端与第二圆环体(6)的下表面固定连接，每个第一导向杆(8)的下端依次穿过第一气浮导向座(9)和安装板(1)后与第三圆环体(7)的上表面连接。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述下框体组件包括上圆环体(10)、下圆环体(11)、多个第二导向杆(12)和多个第二气浮导向座(13)，

多个第二气浮导向座(13)沿圆周方向均布安装在安装板(1)的上表面，且每个第二气浮导向座(13)位于两个第一气浮导向座(9)之间，上圆环体(10)位于第二圆环体(6)和安装板(1)之间，每个第二导向杆(12)的上端与上圆环体(10)的下表面固定连接，每个第二导向杆(13)的下端依次穿过第二气浮导向座(13)和安装板(1)后与下圆环体(11)的上表面连接。

4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述每个绳索(3)的一端与第三圆环体(7)的上表面连接，每个绳索(3)的另一端与下圆环体(11)的上表面连接。

5.根据权利要求2任意一项权利要求所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述每个第一气浮导向座(9)的上表面设有与第一导向杆(8)配合的通孔，每个第一气浮导向座(9)的内侧壁设有多个细小气孔。

6.根据权利要求3所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述每个第二气浮导向座(13)的上表面设有与第二导向杆(12)配合的通孔，每个第二气浮导向座(13)的内侧壁设有多个细小气孔。

7.根据权利要求1所述的一种六自由度模拟器气浮滑轮系统，其特征在于：所述安装板(1)为矩形板体，安装板(1)上表面的两侧设有矩形通孔(1-1)。

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