工件22水平設(shè)置在球形氣浮軸承2的上端面上,球形氣浮軸承2的下端面設(shè)置在待測工件平臺21上,氣罐3為球形氣浮軸承2供氣使其懸??;所述大直徑卷筒17的直徑大于小直徑卷筒18的直徑;所述平衡電機(jī)9的型號為C041 ;起重電機(jī)10的型號為C090 ;第一組氣浮軸承7中和第二組氣浮軸承8中各軸承的型號為S304002 ;扭矩傳感器13的型號為T20WN ;大扭矩傳感器10-1的型號為LDN-08D-2000Nm ;所述無摩擦氣缸16的型號為SCSA6378S0+KTC-125 ;激光器和光檢測組件6可選用申請?zhí)?014107871427,發(fā)明名稱為極坐標(biāo)式無接觸水平鏡面傾角測量系統(tǒng)及測量方法中記載的裝置來進(jìn)行測量。
[0012]上述零重力模擬系統(tǒng)使用方法如下:光學(xué)測量系統(tǒng)由激光器6、反射鏡4組成,反射鏡4安裝在吊索5下端,反射鏡平面與吊索方向垂直反射面豎直朝上,激光器6固聯(lián)在負(fù)載平臺下端,發(fā)出豎直向下的參考光線,經(jīng)由反射鏡4返回,當(dāng)?shù)跛髌x鉛垂方向時(shí)反射光線與參考光線產(chǎn)生夾角,光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算即可測得吊索偏角;負(fù)載平臺上主要安裝有滑輪傳動機(jī)構(gòu)與驅(qū)動電機(jī)及配重,實(shí)現(xiàn)待測工件在不同工況下,系統(tǒng)對于對吊索拉力的控制。其中,滑輪傳動機(jī)構(gòu)由氣浮軸承7、8支撐,減小摩擦對與控制拉力的影響;兩個滑輪之間的吊索直接與無摩擦氣缸16的氣缸活塞連接,氣缸活塞為系統(tǒng)提供恒定拉力,并且當(dāng)工件出現(xiàn)豎直方向頻率高幅值小抖動時(shí),汽缸活塞通過活塞運(yùn)動吸收掉部分高頻干擾,減輕電機(jī)的工作負(fù)擔(dān),可實(shí)現(xiàn)大揚(yáng)程、高精度的恒力控制及緩沖;驅(qū)動電機(jī)部分包括平衡電機(jī)9與起重電機(jī)10及配重14,配重14連接在氣浮軸承8所支撐的滑輪上,在豎直方向的氣浮導(dǎo)軌15上運(yùn)動,用來平衡和抵消待測工件的重力,減小電機(jī)的負(fù)載范圍,配重塊的引入同時(shí)減小了扭矩傳感器13量程,提高測量精度,可以為高精度的低重力模擬打下基礎(chǔ);平衡電機(jī)9的輸出軸連接滑輪軸,補(bǔ)償并控制配重14在平衡垂直方向運(yùn)動時(shí)所需的拉力差,用于有配重情況下的微重力模擬,其輸出力由扭矩傳感器13測量,構(gòu)成力控制回路;起重電機(jī)10具有較大的量程,主要功能為位置伺服,用于無配重情況下的“有根”系統(tǒng)高動態(tài)的微重力仿真,以及實(shí)現(xiàn)工件安裝起吊、下放過程的位置控制。起重電機(jī)10輸出軸安裝有可提供電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速反饋信號的傳感器,實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)功能;離合器11控制起重電機(jī)10或平衡電機(jī)9的主軸與滑輪軸的連接或分離,實(shí)現(xiàn)兩個電機(jī)的切換使用,實(shí)現(xiàn)不同工況下的微重力模擬,提高該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍;制動器12安裝在滑輪軸上,可在斷電掛在的情況下制動滑輪軸的運(yùn)動,保證待測工件的安全;負(fù)載平臺下拉的吊索在鉛錘面內(nèi)運(yùn)動,使得被測工件完成豎直平面內(nèi)的運(yùn)動,并通過3自由度氣浮軸承,保證待測工件在水平面內(nèi)不受外界干擾力,實(shí)現(xiàn)3自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種零重力模擬系統(tǒng),其特征在于它包括底座(I)、球形氣浮軸承(2)、氣罐(3)、反射鏡⑷、第一吊索繩(5)、激光器和光檢測組件(6)、第一組氣浮軸承(7)、第二組氣浮軸承(8)、平衡電機(jī)(9)、起重電機(jī)(10)、離合器(11)、制動器(12)、扭矩傳感器(13)、配重(14)、氣浮導(dǎo)軌(15)、無摩擦氣缸(16)、大直徑卷筒(17)、小直徑卷筒(18)、滑輪(19)、第二吊索繩(20)、待測工件平臺(21); 所述大直徑卷筒(I)的一端面與小直徑卷筒(18)的一端面同軸連接;大直徑卷筒(17)另一端的軸和小直徑卷筒(18)另一端的軸通過第二組氣浮軸承(8)轉(zhuǎn)動安裝在底座(I)上,平衡電機(jī)(9)的輸出軸與扭矩傳感器(13)的一端傳動連接,起重電機(jī)(10)的輸出軸與大扭矩傳感器(10-1)的一端傳動連接,扭矩傳感器(13)的另一端和大扭矩傳感器(10-1)的另一端都通過離合器(11)、制動器(12)與小直徑卷筒(18)的轉(zhuǎn)軸傳動連接,第一吊索繩(5)纏繞在大直徑卷筒(17)的繩槽內(nèi),第二吊索繩(20)纏繞在小直徑卷筒(18)的繩槽內(nèi);氣浮導(dǎo)軌(15)垂直安裝在底座(1),配重(14)滑動安裝在氣浮導(dǎo)軌(15)上,配重(14)吊接在第二吊索繩(20)的下端上;第一吊索繩(5)切線出大直徑卷筒(17)后通過滑輪(19)變向垂直吊接待測工件平臺(21);無摩擦氣缸(16)的基座安裝在底座(I)上,滑輪(19)通過第一組氣浮軸承(7)轉(zhuǎn)動安裝在底座(I)上;無摩擦氣缸(16)的活塞桿端頭上的滑輪(16-1)轉(zhuǎn)動頂在大直徑卷筒(17)與滑輪(19之)間的第一吊索繩(5)上,無摩擦氣缸(16)用于模擬低剛度彈簧的作用;反射鏡(4)安裝在滑輪(19)與待測工件平臺(21)之間的第一吊索繩(5)上,激光器和光檢測組件(6)安裝在底座(I)上,使激光器和光檢測組件(6)發(fā)射出的激光能通過反射鏡(4)反射回到激光器和光檢測組件(6)的光檢測窗口 ;氣罐(3)安裝在待測工件平臺(21)的下端,待測工件(22)水平設(shè)置在球形氣浮軸承(2)的上端面上,球形氣浮軸承(2)的下端面設(shè)置在待測工件平臺(21)上,氣罐(3)為球形氣浮軸承(2)供氣使其懸浮;所述大直徑卷筒(17)的直徑大于小直徑卷筒(18)的直徑。 所述平衡電機(jī)(9)的型號為C041 ;起重電機(jī)(10)的型號為C090 ;第一組氣浮軸承(7)中和第二組氣浮軸承(8)中各軸承的型號為S304002;扭矩傳感器(13)的型號為T20WN;大扭矩傳感器10-1的型號為LDN-08D-2000Nm;所述無摩擦氣缸(16)的型號為SCSA6378S0+KTC-125。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種零重力模擬系統(tǒng)的使用方法,其特征在于:光學(xué)測量系統(tǒng)由激光器(6)、反射鏡(4)組成,反射鏡(4)安裝在吊索(5)下端,反射鏡平面與吊索方向垂直反射面豎直朝上,激光器¢)固聯(lián)在負(fù)載平臺下端,發(fā)出豎直向下的參考光線,經(jīng)由反射鏡(4)返回,當(dāng)?shù)跛髌x鉛垂方向時(shí)反射光線與參考光線產(chǎn)生夾角,光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算即可測得吊索偏角;負(fù)載平臺上主要安裝有滑輪傳動機(jī)構(gòu)與驅(qū)動電機(jī)及配重,實(shí)現(xiàn)待測工件在不同工況下,系統(tǒng)對于對吊索拉力的控制。其中,滑輪傳動機(jī)構(gòu)由第一組氣浮軸承(7)、第二組氣浮軸承(8)支撐,減小摩擦對與控制拉力的影響;兩個滑輪之間的吊索直接與無摩擦氣缸(16)的氣缸活塞連接,氣缸活塞為系統(tǒng)提供恒定拉力,并且當(dāng)工件出現(xiàn)豎直方向頻率高幅值小抖動時(shí),汽缸活塞通過活塞運(yùn)動吸收掉部分高頻干擾,減輕電機(jī)的工作負(fù)擔(dān),可實(shí)現(xiàn)大揚(yáng)程、高精度的恒力控制及緩沖;驅(qū)動電機(jī)部分包括平衡電機(jī)(9)與起重電機(jī)(10)及配重(14),配重(14)連接在第二組氣浮軸承⑶所支撐的滑輪上,在豎直方向的氣浮導(dǎo)軌(15)上運(yùn)動,用來平衡和抵消待測工件的重力,減小電機(jī)的負(fù)載范圍,配重塊的引入同時(shí)減小了扭矩傳感器(13)量程,提高測量精度,可以為高精度的低重力模擬打下基礎(chǔ);平衡電機(jī)(9)的輸出軸連接滑輪軸,補(bǔ)償并控制配重(14)在平衡垂直方向運(yùn)動時(shí)所需的拉力差,用于有配重情況下的微重力模擬,其輸出力由扭矩傳感器(13)測量,構(gòu)成力控制回路;起重電機(jī)(10)具有較大的量程,主要功能為位置伺服,用于無配重情況下的“有根”系統(tǒng)高動態(tài)的微重力仿真,以及實(shí)現(xiàn)工件安裝起吊、下放過程的位置控制。起重電機(jī)(10)輸出軸安裝有可提供電機(jī)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速反饋信號的傳感器,實(shí)現(xiàn)位置閉環(huán)功能;離合器(11)控制起重電機(jī)(10)或平衡電機(jī)(9)的主軸與滑輪軸的連接或分離,實(shí)現(xiàn)兩個電機(jī)的切換使用,實(shí)現(xiàn)不同工況下的微重力模擬,提高該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍;制動器(12)安裝在滑輪軸上,可在斷電掛在的情況下制動滑輪軸的運(yùn)動,保證待測工件的安全;負(fù)載平臺下拉的吊索在鉛錘面內(nèi)運(yùn)動,使得被測工件完成豎直平面內(nèi)的運(yùn)動,并通過3自由度氣浮軸承,保證待測工件在水平面內(nèi)不受外界干擾力,實(shí)現(xiàn)3自由度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種零重力模擬系統(tǒng),具體技術(shù)方案如下:包括底座、球形氣浮軸承、氣罐、反射鏡、第一吊索繩、激光器和光檢測組件、第一組氣浮軸承、第二組氣浮軸承、平衡電機(jī)、起重電機(jī)、離合器、制動器、扭矩傳感器、配重、氣浮導(dǎo)軌、無摩擦氣缸、大直徑卷筒、小直徑卷筒、滑輪、第二吊索繩、待測工件平臺;本發(fā)明的零重力模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,可提供六自由度的模擬,克服了一般氣浮式微重力設(shè)備無法進(jìn)行垂直方向自由度模擬的缺點(diǎn),也增加了懸吊式微重力設(shè)備在三旋轉(zhuǎn)自由度上的模擬。
【IPC分類】B64G7/00
【公開號】CN105151331
【申請?zhí)枴緾N201510478449
【發(fā)明人】楊海林
【申請人】楊海林
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月6日