CN220448147U - 一种二自由度连接组件及三分力传导机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种二自由度连接组件及三分力传导机构，包括固定座、连接轴、第一活动件与第二活动件，连接轴设置在固定座上；第一活动件滑动设置在固定座上，其滑动方向垂直于连接轴的轴心；第二活动件滑动设置在第一活动件上，所述第二活动件的滑动方向垂直于第一活动件的滑动方向与连接轴的轴心，所述第二活动件与连接轴固定。该二自由度连接组件及三分力传导机构，通过二自由度连接组件可实现车轮试验过程中法向力的独立传导，使得水平面上的组合力与竖直方向上的加载力分开进行检测，避免加载力在圆周运动时产生的衍生力影响试验数据准确性。

Description

一种二自由度连接组件及三分力传导机构

技术领域

本实用新型涉及航空试验技术领域，尤其涉及一种二自由度连接组件及三分力传导机构。

背景技术

在深空探测任务中，巡视探测是一种重要的探测形式，作为一种能够在固态星球表面移动，完成探测、采样、运载等任务的航天器，星球车具有扩大星球表面精细探测范围、克服着陆精度影响、降低航天员工作负荷等多种作用，星球车车轮与模拟星壤间相互作用的力学特性分析是进行星球车车轮乃至整车运动性能分析与测试的基础，评估和预测星球车车轮行驶性能，对保障星球车工作及星球探测具有重要意义，利用试验台测定基础数据，评估月球车车轮通过性、牵引性、可靠性是研究月球车车轮的基本手段。

公开号为CN111366381A的“一种载人月球车车轮土槽试验台”，其公开了一种通过土槽模拟月球环境，进行载人月球车车轮试验的试验台，其主要测试方式是通过主动行走与被动行走得到车轮的各项试验数据，但是，在实际测试过程中，除了往复行走试验，还可通过圆周运动进行车轮行走试验。

例如公开号为CN103217302A的“一种星球车车轮测试装置”，其除了进行直线往复行走测试外，还可通过车轮绕垂直轴转动，使得车轮进行圆周运动试验，并在转动过程中，通过设置的六维力/力矩传感器检测车轮的转向力矩，但是，在该方案中，由于存在附加力矩，圆周行走在不平路面时，附加力矩将产生衍生力，导致车轮旋转法向力与车轮竖直方向受力无法准确反应。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种二自由度连接组件及三分力传导机构，通过限制三个方向的转动，将车轮竖直方向受力与车轮旋转法向力进行分离，并分别进行检测，从而避免运动过程中附加力矩引起的衍生力的产生。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，提供了一种二自由度连接组件，包括固定座、连接轴、第一活动件与第二活动件，其中，

连接轴设置在固定座上；

第一活动件滑动设置在固定座上，其滑动方向垂直于连接轴的轴心；

第二活动件滑动设置在第一活动件上，所述第二活动件的滑动方向垂直于第一活动件的滑动方向与连接轴的轴心，所述第二活动件与连接轴固定。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括四个导向限位件，其中两个所述导向限位件安装在固定座上，并分别设置在第一活动件滑动方向上的两侧，用于对第一活动件进行导向，另外两个所述导向限位件安装在第一活动件上，并分别设置在第二活动件滑动方向上的两侧，用于对第二活动件进行导向。

进一步优选的，所述导向限位件包括钢珠，所述钢珠与第一活动件或第二活动件相抵持。

进一步优选的，所述导向限位件上设置有导向槽，所述第一活动件或第二活动件延伸至导向槽内。

更进一步优选的，所述导向限位件的导向槽内设置有若干个与第一活动件或第二活动件抵持的钢珠。

更进一步优选的，所述导向限位件还包括安装座与U型件，其中，

安装座固定在固定座或第一活动件上；

U型件与安装座固定；

钢珠设置在U型件上；

当所述安装座与第一活动件固定时，所述钢珠与第二活动件相抵持。

当所述安装座与固定座固定时，所述钢珠与第一活动件相抵持。

更进一步优选的，所述U型件上具有三个导向面，所述钢珠的数量为多个，且分别阵列分布在三个导向面上。

另一方面，提供了一种三分力传导机构，包括浮动座、三分力传感器、弹性件与上述的二自由度连接组件，其中，

浮动座与固定座固定；

三分力传感器固定在连接轴的一端上；

弹性件的一端设置在三分力传感器上。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括滑台，所述滑台固定在三分力传感器上，并与弹性件连接，同时与浮动座相对固定，所述滑台用于将弹性件施加的压力传导至三分力传感器上。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述弹性件为气缸。

本实用新型的二自由度连接组件及三分力传导机构相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过二自由度连接组件可实现车轮试验过程中法向力的独立传导，使得水平面上的组合力与竖直方向上的加载力分开进行检测，避免加载力在圆周运动时产生的衍生力影响试验数据准确性；

(2)采用密珠支持结构，通过调整钢珠与导向面的过盈量大小，平衡刚性和摩擦力之间关系，同时，设置的钢珠可有效减小导向限位件与第一活动件或第二活动件的接触面积，从而减小摩擦力产生的影响，进一步提高法向力检测的准确度；

(3)二自由度连接组件将车轮水平方向受力传导至三分力传感器后，将竖直方向受力传导至浮动座，浮动座通过滑动，使弹性件形变，最后通过弹性件的形变将竖向力反应至三分力传感器，从而将车轮试验过程中的竖向受力与水平受力分别传导至三分力传感器避免加载力在圆周运动时产生的衍生力影响试验数据准确性；

(4)通过设置滑台，配合二自由度连接组件限制连接轴在三个方向的转动，使得三分力传感器仅承受三个方向力的作用，以提高车轮三个方向受力检测的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的三分力传导机构的立体图；

图2为本实用新型的三分力传导机构的侧面剖视图；

图3为本实用新型的三分力传导机构的局部剖视图；

图4为本实用新型的二自由度连接组件的结构示意图；

图5为本实用新型的二自由度连接组件的U型件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图3-5所示，本实用新型的二自由度连接组件安装在星球车车轮圆周运动试验台上进行车轮试验的受力传导。

星球车车轮圆周运动试验台包括沙盘、水平旋转机构、直径调整机构、浮动加载机构与车轮驱动组件，其中，沙盘设置于地面，用于模拟星球环境，水平旋转机构固定在沙盘上，同时在水平旋转机构上设置了一个可供水平旋转机构驱动旋转的悬臂梁，直径调整机构安装在悬臂梁上，直径调整机构具有一个升降端，该升降端通过朝向或远离沙盘移动，改变星球车车轮安装位置与沙盘的间距，从而适应不同规格的星球车车轮，浮动加载机构设置在升降端上，对试验车轮进行力矩的加载，以模拟真实的负载运动情况，测试时由车轮驱动组件驱动星球车车轮进行主动行走。

星球车车轮圆周运动试验台的浮动加载机构包括三分力传导机构，三分力传导机构可消除其他方向力，使得车轮所受力传导时，仅传导出三个两两相互垂直的力，具体的，三分力传导机构包括二自由度连接组件，二自由度连接组件可将车轮所受的法向力进行向上传导，即水平方向上的两个力所形成的组合力进行传导。

二自由度连接组件包括固定座1、连接轴2、第一活动件3与第二活动件4，连接轴2设置在固定座1上，并可相对于固定座1具有在水平面上运动的趋势，连接轴2在设置时，优选为与水平面垂直，第一活动件3滑动设置在固定座1上，第二活动件4滑动设置在第一活动件3上，当连接轴2与水平面垂直，第一活动件3滑动方向垂直于连接轴2的轴心，同时第二活动件4的滑动方向垂直于第一活动件3的滑动方向与连接轴2的轴心，所述第二活动件4与连接轴2固定，也就是说，在本实施方式中，连接轴2相对于固定座1，仅能在水平面上进行移动，而无法在竖直方向上移动，而同一平面上的任何力都可以分解为两个力，以此为基础，通过第一活动件3与第二活动件4的小幅度滑动，使得连接轴2产生小幅度偏移，或者具备移动趋势，从而将所受垂直连接轴2平面上的力进行传导。

二自由度连接组件所说的二自由度，即是指第一活动件3与第二活动件4所能活动的方向，需要说明的是，第二活动件4的滑动方向，是相对于第一活动件3，第一活动件3的滑动方向是相对于固定座1，也即是说第二活动件4实际上可相对于固定座1在水平面上进行滑动，采用此种方式，将连接轴2限制在固定座1上，使得连接轴2相对于固定座1不会产生其轴心方向上的移动，从而避免固定座1在安装至其他部件上时，连接轴2产生轴心方向上的移动趋势。

换言之，星球车车轮圆周运动试验台的浮动加载机构，通过二自由度连接组件可实现车轮试验过程中法向力的独立传导，使得水平面上的组合力与竖直方向上的加载力分开进行检测，避免加载力在圆周运动时产生的衍生力影响试验数据准确性。

为了使第一活动件3与第二活动件4可相对仅朝向一个方向活动，在本实施方式中设置了四个导向限位件5，其中两个所述导向限位件5通过螺栓安装在固定座1上，该两个导向限位件5设置在第一活动件3活动方向上的两侧，通过限制第一活动件3朝向该两侧位移，来对第一活动件3进行导向，同理，另外两个导向限位件5通过螺栓安装在第一活动件3上，并分别设置在第二活动件4活动方向上的两侧，对第二活动件4进行导向。

在本实施方式中，所述导向限位件5包括钢珠51、安装座52与U型件53，U型件53与安装座52通过螺钉进行固定，钢珠51设置在U型件53上，当所述安装座52与第一活动件3固定时，所述钢珠51与第二活动件4相抵持，当所述安装座52与固定座1固定时，所述钢珠51与第一活动件3相抵持。

具体的，在U型件53上设置了导向槽501，导向槽501由三个导向面531构成，在三个导向面531上，均设置了多个阵列分布的钢珠51，第一活动件3与第二活动件4均为中空的板件，第一活动件3或第二活动件4的边沿部分延伸至导向槽501内，三个导向面531分别位于板件的边沿的三侧，使得三个导向面531上的钢珠51均可接触板件，采用密珠支持结构时，通过调整钢珠51与导向面531的过盈量大小，平衡刚性和摩擦力之间关系，同时，设置的钢珠51可有效减小导向限位件5与第一活动件3或第二活动件4的接触面积，从而减小摩擦力产生的影响。

如图1-5所示，提供了一种三分力传导机构，包括浮动座6、三分力传感器7、弹性件8与上述的二自由度连接组件。

浮动座6为星球车车轮圆周运动试验台浮动加载机构中的主要浮动部件，其与固定座1固定，同时浮动座6滑动设置在试验台直径调整机构的升降端上，在进行直径调整时同步移动，浮动座6的可滑动方向，即为车轮行走时，上下浮动的方向，从而适应车轮的活动。

三分力传感器7固定在连接轴2的一端上，连接轴2的另一端则与车轮连接，使得车轮所受的法向力可通过连接轴2传导至三分力传感器7，从而由三分力传感器7对车轮水平面上的受力进行检测。

三分力传感器7，根据设计要求，可选用耐创公司FC3D系列三轴力传感器，FC3D系列是专用于笛卡尔坐标系中三轴向力测量的应变式测力传感器，可以同时测量X，Y，Z三个方向的受力情况，具体的选用型号可为FC3D120。

弹性件8的一端设置在三分力传感器7上，另一端设置在试验台直径调整机构的升降端上，在浮动座6相对于试验台直径调整机构的升降端进行滑动时，弹性件8的位置不变，仅产生弹性形变，从而将浮动座6浮动所受力传导至三分力传感器7上，也就是说，二自由度连接组件将车轮水平方向受力传导至三分力传感器7后，将竖直方向受力传导至浮动座6，浮动座6通过滑动，使弹性件8形变，最后通过弹性件8的形变将竖向力反应至三分力传感器7。

在本实施方式中，弹性件8为气缸，在实际的试验过程中，沙盘起伏±100mm，全过程最大加载力3200N，且需以反向加载，用负载率η＝70％，缸径100mm，设压缩空气系统正常压力为0.6MPa，则向下压力为471*0.7*9.8＝3232N＞3200N，满足加载力要求，工作行程250mm＞200mm，满足沙盘起伏±100mm要求，为减小气缸活塞摩擦力对测量精度的影响，可选用SMC单杆双运动的摩擦型产品：CA2D100-250JQ，气缸两端进气通道各装一个手动减压阀和压力表，同时，气缸两端均为球铰联结，以消除气缸轴线与浮动运动导轨运动方向不平行引起的活塞杆与其导套间的摩擦力引起的三分力传感器7附加测量误差。

也就是说，弹性件8为浮动加载机构的主要力矩加载部件，除了反应车轮在竖直方向的受力外，通过其伸缩，进行力矩的加载，从而对车轮施加负载以模拟真实载重情况。

作为一种优选实施方式，还包括滑台9，所述滑台9与三分力传感器7的输入端联结，并与弹性件8连接，同时与浮动座6相对固定，所述滑台9用于将弹性件8施加的压力传导至三分力传感器7上。

具体的，滑台9滑动设置在实验台直径调整机构的升降端上，并与浮动座6公用同一滑轨，由于浮动座6通过二自由度连接组件与三分力传感器7固定，同时三分力传感器7与滑台9固定，故而浮动座6可视为与滑台9相对固定，之所以不将浮动座6与滑台9直接固定，是避免弹性件8所施加的压力无法传导至三分力传感器7上，同时，设置的滑台9是为了限制三分力传感器7的位置，避免其在竖直方向上转动，同时提高三分力传感器7的稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二自由度连接组件，其特征在于：包括固定座(1)、连接轴(2)、第一活动件(3)与第二活动件(4)，其中，

连接轴(2)设置在固定座(1)上；

第一活动件(3)滑动设置在固定座(1)上，其滑动方向垂直于连接轴(2)的轴心；

第二活动件(4)滑动设置在第一活动件(3)上，所述第二活动件(4)的滑动方向垂直于第一活动件(3)的滑动方向与连接轴(2)的轴心，所述第二活动件(4)与连接轴(2)固定。

2.如权利要求1所述的二自由度连接组件，其特征在于：还包括四个导向限位件(5)，其中两个所述导向限位件(5)安装在固定座(1)上，并分别设置在第一活动件(3)滑动方向上的两侧，用于对第一活动件(3)进行导向，另外两个所述导向限位件(5)安装在第一活动件(3)上，并分别设置在第二活动件(4)滑动方向上的两侧，用于对第二活动件(4)进行导向。

3.如权利要求2所述的二自由度连接组件，其特征在于：所述导向限位件(5)包括钢珠(51)，所述钢珠(51)与第一活动件(3)或第二活动件(4)相抵持。

4.如权利要求2所述的二自由度连接组件，其特征在于：所述导向限位件(5)上设置有导向槽(501)，所述第一活动件(3)或第二活动件(4)延伸至导向槽(501)内。

5.如权利要求4所述的二自由度连接组件，其特征在于：所述导向限位件(5)的导向槽(501)内设置有若干个与第一活动件(3)或第二活动件(4)抵持的钢珠(51)。

6.如权利要求3所述的二自由度连接组件，其特征在于：所述导向限位件(5)还包括安装座(52)与U型件(53)，其中，

安装座(52)固定在固定座(1)或第一活动件(3)上；

U型件(53)与安装座(52)固定；

钢珠(51)设置在U型件(53)上；

当所述安装座(52)与第一活动件(3)固定时，所述钢珠(51)与第二活动件(4)相抵持；

当所述安装座(52)与固定座(1)固定时，所述钢珠(51)与第一活动件(3)相抵持。

7.如权利要求6所述的二自由度连接组件，其特征在于：所述U型件(53)上具有三个导向面(531)，所述钢珠(51)的数量为多个，且分别阵列分布在三个导向面(531)上。

8.一种三分力传导机构，其特征在于：包括浮动座(6)、三分力传感器(7)、弹性件(8)与权利要求1-7中任一项所述的二自由度连接组件，其中，

浮动座(6)与固定座(1)固定；

三分力传感器(7)固定在连接轴(2)的一端上；

弹性件(8)的一端设置在三分力传感器(7)上。

9.如权利要求8所述的三分力传导机构，其特征在于：还包括滑台(9)，所述滑台(9)固定在三分力传感器(7)上，并与弹性件(8)连接，同时与浮动座(6)相对固定，所述滑台(9)用于将弹性件(8)施加的压力传导至三分力传感器(7)上。

10.如权利要求8所述的三分力传导机构，其特征在于：所述弹性件(8)为气缸。