CN208731250U - 一种一维悬吊式零重力模拟装置 - Google Patents

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侯玮杰
李鹏
李跃华
王利桐
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Abstract

本实用新型创造提供了一种一维悬吊式零重力模拟装置,包括导轨、导轨上设置的主动跟随机构,该主动跟随机构包括导轨上设置的滑块、以及导轨上设置的用于驱动滑块移动的执行组件;所述滑块上设有随动机构、以及用于检测航天器主体移动的检测机构;所述随动机构包括气浮导轨、以及气浮导轨上设置的气浮轴承,所述气浮导轨通过连接组件固定在滑块上,所述气浮轴承上设有用于吊装航天器本体的吊绳组件。本实用新型创造既利用了气浮滑轨摩擦极小的优点,同时通过优化组合,使得装置中高精度气浮导轨长度很短,因此可极大地降低加工成本。因此既解决了传统被动式一维悬吊式微低重力模拟装置干扰力较大、加工装配难度及成本较大的缺点。

Description

一种一维悬吊式零重力模拟装置
技术领域
本发明创造属于零重力模拟装置领域,尤其是涉及一种一维悬吊式零重力模拟装置。
背景技术
在航天器研制过程中太阳翼、天线等展开类机构是航天器在轨正常运行的关键机构,同时由于其结构复杂,精度较高,需要在地面进行一系列微低重力展开试验,以保证其在轨状态能够正常使用。传统的被动式及主动式一维悬吊式微低重力模拟装置在加工难度及卸载精度等方面都有所欠缺。
现有的被动式及主动式一维悬吊式微低重力模拟装置普遍采用机械式滑轨或者气浮式滑轨,由于机械式滑轨摩擦干扰较大,同时在航天器展开路径较长时,滑轨长度较长,机械加工装配难度与成本急剧增长。气浮式滑轨摩擦很小,在小距离实验中效果较好,但是当滑轨长度较大时,其装调难度与加工成本则更高;现有的一维悬吊式微低重力模拟装置在实际应用中,悬吊绳系往往较长,受限于检测装置精度与随动机构响应能力,随动机构通常会滞后于航天器本体的运动,引起绳系的倾斜,产生水平分力,进而影响整体悬吊卸载精度。由于随动机构必须先检测航天器本体运动后,才能做出相应跟随动作,这种滞后不可避免,因此由绳系倾斜所引起的干扰同样不可避免,这成为了工程上亟待优化解决的一种难题。
发明内容
有鉴于此,本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷,提出一种一维悬吊式零重力模拟装置。
为达到上述目的,本发明创造的技术方案是这样实现的:
一种一维悬吊式零重力模拟装置,包括导轨、导轨上设置的主动跟随机构,该主动跟随机构包括导轨上设置的滑块、以及导轨上设置的用于驱动滑块移动的执行组件;所述滑块上设有随动机构、以及用于检测航天器主体移动的检测机构;所述随动机构包括气浮导轨、以及气浮导轨上设置的气浮轴承,所述气浮导轨通过连接组件固定在滑块上,所述气浮轴承上设有用于吊装航天器本体的吊绳组件。
进一步的,所述执行组件可以是电动推杆,电动推杆一端固定在导轨上,另一端固定在滑块的一侧。
进一步的,所述检测机构包括用于检测航天器本体移动的位移传感器、以及用于控制电动推杆工作的控制器,所述位移传感器和控制器均固定在滑块上。
进一步的,所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆,每一伸缩杆上均设有用于调节伸缩杆长度的调节螺栓,气浮导轨两端分别固定在两个伸缩杆上。
进一步的,所述吊绳组件包括安装在气浮轴承上的吊绳、以及吊绳上设置的用于安装航天器本体的转接工装。
进一步的,所述气浮轴承上设有用于安装吊绳的凹槽。
相对于现有技术,本发明创造具有以下优势:
本发明创造设计了一种新型一维悬吊式微低重力模拟装置,通过主被动联合跟随、以及粗精跟随结合的方式,明显提升了卸载精度,取得了良好的效果,对于后续航天器研制工作具有良好的实际应用价值。本发明创造既利用了气浮滑轨摩擦极小的优点,同时通过优化组合,使得装置中高精度气浮导轨长度很短,因此可极大地降低加工成本。因此既解决了传统被动式一维悬吊式微低重力模拟装置干扰力较大、加工装配难度及成本较大的缺点。
本发明创造也解决了传统主动式悬吊装置由于固有的随动滞后对卸载精度造成的影响,能够大幅降低悬吊随动系统的技术指标与实施难度,通过主动跟随机构粗跟随、以及随动机构气浮无摩擦自适应的方式,达到了更优的效果。因此该模拟装置能够更好地满足一维运动类微低重力试验的实际需求,对提高航天器微低重力模拟卸载精度有着非常显著的作用,同时对系统级研制有着重要的科学价值。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解,本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造,并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中:
图1为本发明创造实施例所述的结构示意图。
附图标记说明:
1-导轨;2-滑块;3-执行组件;4-检测机构;5-气浮导轨;6-气浮轴承;7-伸缩杆;8-调节螺栓;9-吊绳;10-转接工装;11-凹槽。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明创造和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明创造的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
一种一维悬吊式零重力模拟装置,如图1所示,包括导轨1、导轨1上设置的主动跟随机构,该主动跟随机构包括导轨上设置的滑块2、以及导轨1上设置的用于驱动滑块移动的执行组件3;所述滑块2上设有随动机构、以及用于检测航天器主体移动的检测机构4;所述随动机构包括气浮导轨5、以及气浮导轨5上设置的气浮轴承6,所述气浮导轨5通过连接组件固定在滑块2上,所述气浮轴承6上设有用于吊装航天器本体的吊绳组件。所述气浮导轨可以为气浮轴承提供一个稳定、光滑的运动支撑结构,保证气浮轴承能够沿气浮导轨移动,而气浮轴承通过气体悬浮,能够在气浮导轨上实现近乎无摩擦的运动,从而能够实现更为精确的跟随,气浮导轨和气浮轴承均为现有技术。
所述执行组件3可以是电动推杆,电动推杆一端固定在导轨上,另一端固定在滑块的一侧。所述检测机构4包括用于检测航天器本体移动的位移传感器、以及用于控制电动推杆工作的控制器,所述位移传感器和控制器均固定在滑块上。所述执行组件3还可以采用直线电机或丝杠导轨,只要可以实现能够驱动滑块在导轨上滑动即可。所述位移传感器可以采用现有的位移传感器,如激光测距仪、超声波传感器等,只要可以实现对航天器位移的检测即可,控制器可以采用现有的单片机,当位移传感器检测到航天器本体移动后,就将信号传输给单片机,单片机就会控制电动推杆工作,从而使滑块跟随航空器本体移动,通过检测位移使单片机驱动电动推杆工作的程序为现有技术,在这里不在赘述。
所述吊绳组件包括安装在气浮轴承6上的吊绳9、以及吊绳9上设置的用于安装航天器本体的转接工装10,转接工装10可以采用常用的固定工装,例如夹具等,只要可以实现对机械臂或空间结构的固定即可。所述气浮轴承6上设有用于安装吊绳9的凹槽11,通过凹槽11吊绳可以稳定的安装在气浮轴承上,同时由于吊绳整体围绕住气浮轴承,这使得吊绳在拉动气浮轴承移动时,气浮轴承受力面积更大,使吊绳可以很好的拉动气浮轴承移动,当然吊绳也可以直接固定在气浮轴承上使用。
所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆7,每一伸缩杆7上均设有用于调节伸缩杆7长度的调节螺栓8,气浮导轨两端分别固定在两个伸缩杆上。通过松紧调节螺栓8可以实现对伸缩杆伸缩的控制,这样在吊绳组件吊装好航天器本体后,可以通过调节两个伸缩杆的长度,从而使气浮导轨调整至水平状态,便于进行下一步的实验,同时也可以通过调整伸缩杆的长度,实现对气浮轴承高度的调节,使气浮轴承能与航天器本体处于一个合适的距离,便于气浮轴承更好的跟随航天器进行移动。
通过位移传感器可以实现对航天器移动的实时监测,并通过控制器控制电动推杆推动滑块移动以实现对航天器的粗跟随,而随动机构通过气浮轴承6在气浮导轨5上的无摩擦移动,从而实现了被动自适应精确随动,即当航天器移动后,气浮轴承便会无滞后的跟随移动。由于气浮轴承在气浮导轨水平方向上能够实现近乎无摩擦的运动,因此大幅降低了随动机构的跟随精度要求,即使滑块相对于航天器本体的运动滞后,也可以由气浮轴承先行移动进行自适应补偿,使吊绳可以一直保持竖直状态,由此便可以实现性能更好的地面的微低重力试验。
在航天器地面一维微低重力模拟仿真试验中,通过航天器上方随动机构精确卸载系统重力,即通过利用气浮轴承悬浮在气浮导轨上,利用气浮重力卸载的方式进行重力卸载,并通过检测机构实时跟随航天器位置,从而实现微低重力模拟试验,具体使用步骤如下:第一步调节随动机构机械精度,以使其能够满足试验需求。第二部调节固定伸缩杆长度,保证下方气浮轴承初始状态的位姿精度;气浮轴承通气,保证能够正常浮起,无卡滞现象存在。第三步航天器进行地面微低重力模拟仿真试验。气浮导轨的长度一般较短,这种情况下气浮轴承在气浮导轨上运动过程可近似于零摩擦运动,虽然其运动属于被动式的,即来源于下方的航天器主动动作,但小范围的零摩擦随动精度非常高,这样的实现过程就是自适应精确随动。
本发明创造设计了一种新型一维悬吊式微低重力模拟装置,通过主被动联合跟随、以及粗精跟随结合的方式,明显提升了卸载精度,取得了良好的效果,对于后续航天器研制工作具有良好的实际应用价值。本发明创造既利用了气浮滑轨摩擦极小的优点,同时通过优化组合,使得装置中高精度气浮导轨长度很短,因此可极大地降低加工成本。因此既解决了传统被动式一维悬吊式微低重力模拟装置干扰力较大、加工装配难度及成本较大的缺点。
本发明创造也解决了传统主动式悬吊装置由于固有的随动滞后对卸载精度造成的影响,能够大幅降低悬吊随动系统的技术指标与实施难度,通过主动跟随机构粗跟随、以及随动机构气浮无摩擦自适应的方式,达到了更优的效果。因此该模拟装置能够更好地满足一维运动类微低重力试验的实际需求,对提高航天器微低重力模拟卸载精度有着非常显著的作用,同时对系统级研制有着重要的科学价值。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已,并不用以限制本发明创造,凡在本发明创造的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:包括导轨、导轨上设置的主动跟随机构,该主动跟随机构包括导轨上设置的滑块、以及导轨上设置的用于驱动滑块移动的执行组件;所述滑块上设有随动机构、以及用于检测航天器主体移动的检测机构;所述随动机构包括气浮导轨、以及气浮导轨上设置的气浮轴承,所述气浮导轨通过连接组件固定在滑块上,所述气浮轴承上设有用于吊装航天器本体的吊绳组件。
2.根据权利要求1所述的一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:所述执行组件可以是电动推杆,电动推杆一端固定在导轨上,另一端固定在滑块的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:所述检测机构包括用于检测航天器本体移动的位移传感器、以及用于控制电动推杆工作的控制器,所述位移传感器和控制器均固定在滑块上。
4.根据权利要求1所述的一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:所述连接组件包括对应设置在滑块两端的两个伸缩杆,每一伸缩杆上均设有用于调节伸缩杆长度的调节螺栓,气浮导轨两端分别固定在两个伸缩杆上。
5.根据权利要求1所述的一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:所述吊绳组件包括安装在气浮轴承上的吊绳、以及吊绳上设置的用于安装航天器本体的转接工装。
6.根据权利要求5所述的一种一维悬吊式零重力模拟装置,其特征在于:所述气浮轴承上设有用于安装吊绳的凹槽。
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CN113428391A (zh) * 2021-08-09 2021-09-24 哈尔滨工业大学 一种结合气浮球轴承与气浮平面止推轴承的单球式气浮滑轮装置
CN114408231A (zh) * 2022-03-10 2022-04-29 天津航天机电设备研究所 一种气浮式全角度多层次零重力卸载系统

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