一種懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無重力模擬試驗(yàn)床，尤其涉及一種平面主被動混合跟蹤，垂向閉環(huán)懸吊拉力控制的無重力模擬試驗(yàn)床和試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無重力模擬試驗(yàn)對于空間機(jī)構(gòu)的研發(fā)測試具有十分重要的意義，其可以通過模擬無重力環(huán)境下系統(tǒng)的響應(yīng)對空間機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
[0003]目前一般的無重力試驗(yàn)床及試驗(yàn)方法有以下幾種:
[0004](I)氣浮平臺以及氣浮法，利用向下噴氣的氣浮裝置來平衡重力，能獲得非常小運(yùn)動的阻力以及良好的重力平衡效果，模擬精度高，模擬時間不受限制，可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)。缺點(diǎn)是無法難以實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的運(yùn)動；
[0005](2)中性水池及水浮法，利用水浮力抵消重力，能夠在三維運(yùn)動的情況下模擬無重力狀態(tài)，但是對于設(shè)備防水性能要求高，且運(yùn)動阻力較大，試驗(yàn)成本較高。
[0006](3)失重飛行試驗(yàn)通過自由落體實(shí)現(xiàn)失重環(huán)境，具有模擬效果好的優(yōu)勢，但是造價昂貴，持續(xù)時間往往只有十幾秒；
[0007](4)懸吊試驗(yàn)通過控制懸掛點(diǎn)的拉力來平衡重力，拉力可由氣球、配重、電機(jī)提供，為保持懸吊力豎直，需要匹配平面跟蹤系統(tǒng)。懸吊模擬系統(tǒng)通?？煞譃楸粍邮?、主動式、混合式。當(dāng)運(yùn)動速度緩慢時，可以視為準(zhǔn)靜態(tài)過程，被動跟隨機(jī)構(gòu)的影響可以忽略，此時適用于被動式跟蹤，且該方法系統(tǒng)簡單，成本較低；當(dāng)對于跟蹤的動態(tài)性或者運(yùn)動維度要求較高時，則宜采用伺服系統(tǒng)主動跟蹤的方式，如天車、吊臂等;結(jié)合對于實(shí)驗(yàn)的要求，主被動混合系統(tǒng)能夠在模擬精度以及成本控制方面達(dá)成平衡。該方法優(yōu)勢在于可長時間試驗(yàn)，缺點(diǎn)是模擬精度不高且多個懸吊點(diǎn)跟蹤的實(shí)現(xiàn)和控制比較困難。
[0008]目前國內(nèi)多懸吊點(diǎn)的無重力試驗(yàn)床均為單自由度被動跟蹤式系統(tǒng)，而主動跟蹤式試驗(yàn)床則均為單一懸吊點(diǎn)系統(tǒng)，二者均無法滿足三維空間運(yùn)動機(jī)械臂的無重力模擬實(shí)驗(yàn)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種新的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床，要解決的技術(shù)問題是實(shí)現(xiàn)半主動跟蹤多點(diǎn)懸吊。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:一種懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床，包括主動跟蹤子系統(tǒng)、多個被動跟蹤子系統(tǒng)和多個懸吊系統(tǒng)，所述主動跟蹤子系統(tǒng)包括第一導(dǎo)軌和沿所述第一導(dǎo)軌移動的多個主動移動平臺，所述的多個被動跟蹤子系統(tǒng)分別固定安裝于所述的多個主動移動平臺，所述被動跟蹤子系統(tǒng)包括第二導(dǎo)軌和被動移動平臺，所述的多個懸吊系統(tǒng)分別固定安裝于多個被動移動平臺。
[0011]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)軌的軸線和所述第二導(dǎo)軌的軸線垂直。
[0012]優(yōu)選地，所述的主動跟蹤子系統(tǒng)還包括多個驅(qū)動裝置，分別用于驅(qū)動所述的多個主動移動平臺沿所述第一導(dǎo)軌移動。更優(yōu)選地，所述驅(qū)動裝置包括步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、安裝于所述步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的轉(zhuǎn)軸的直齒輪、與所述直齒輪嚙合的直齒齒條，所述直齒齒條與所述主動移動平臺連接。
[0013]優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)軌為V型導(dǎo)軌，所述主動移動平臺包括匹配所述V型導(dǎo)軌的滾輪、用于安裝所述被動跟蹤子系統(tǒng)的安裝板。
[0014]優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)軌為直線圓導(dǎo)管，所述被動跟蹤子系統(tǒng)還包括用于所述直線圓導(dǎo)管沿所述第一導(dǎo)軌的軸線方向移動的直線圓導(dǎo)管滑動組件，所述直線圓導(dǎo)管滑動組件包括與所述第一導(dǎo)軌平行的圓柱形導(dǎo)軌、沿所述圓柱形導(dǎo)軌滑動的滑動塊以及連接所述滑動塊與所述直線圓導(dǎo)管的連接塊。更優(yōu)選地，所述被動移動平臺包括四個與所述直線圓導(dǎo)管匹配的安裝有滾珠軸承的爪形件和用于安裝所述懸吊系統(tǒng)的固定底座。
[0015]優(yōu)選地，所述懸吊系統(tǒng)包括恒拉力控制機(jī)構(gòu)，所述恒拉力控制機(jī)構(gòu)包括伺服驅(qū)動電機(jī)、由所述伺服驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動的鋼絲卷筒、纏繞于所述鋼絲卷筒的鋼絲掛繩以及用于監(jiān)測所述鋼絲掛繩的張力的張力傳感器。更優(yōu)選地，所述懸吊系統(tǒng)還包括用于在斷電時制動所述鋼絲卷筒的失電制動器。
[0016]本發(fā)明提供一種本發(fā)明所提供的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床的使用方法，包括如下步驟:
[0017]I)根據(jù)所需懸掛點(diǎn)的個數(shù)安裝跟蹤子系統(tǒng)；
[0018]2)手動調(diào)節(jié)移動平臺的位置使鋼絲繩豎直；
[0019]3)固定鋼絲繩，設(shè)定每個懸吊點(diǎn)的懸吊力后使機(jī)構(gòu)受力，根據(jù)張力傳感器的數(shù)據(jù)設(shè)置伺服驅(qū)動電機(jī)的參數(shù)，上電使失電制動器釋放；
[0020]4)驅(qū)動被測物體，進(jìn)行無重力試驗(yàn)；
[0021 ] 5)試驗(yàn)結(jié)束后，斷電使失電制動器抱死，松開鋼絲繩移除被測機(jī)構(gòu)。
[0022]本發(fā)明的有益技術(shù)效果為:本發(fā)明的無重力試驗(yàn)床采用主被動混合跟蹤模式并具有斷電保護(hù)功能，可用于需要多點(diǎn)懸吊的復(fù)雜運(yùn)動機(jī)構(gòu)的無重力模擬試驗(yàn)，吊點(diǎn)數(shù)量可擴(kuò)展，且能夠?qū)崿F(xiàn)對每個懸吊點(diǎn)的懸吊力單獨(dú)閉環(huán)控制，提供了一種滿足測試機(jī)構(gòu)三維空間運(yùn)動、運(yùn)動阻力較小、成本較低、工作時間長且穩(wěn)定的多點(diǎn)懸吊平衡無重力模擬試驗(yàn)床，具有較高的普適性以及較好的模擬效果，填補(bǔ)了目前國內(nèi)采用半主動跟蹤多點(diǎn)懸吊法無重力模擬試驗(yàn)床的空白。
[0023]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明所提供的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床的一種優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】的前視圖。
[0025]圖2為圖1所示的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床的左視圖。
[0026]圖3為圖1所示的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床的跟蹤子系統(tǒng)的正視圖。
[0027]圖4為圖3所示的跟蹤子系統(tǒng)的左視圖。
[0028]圖5為圖3所示的跟蹤子系統(tǒng)的Y軸跟蹤子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1-圖4示出了本發(fā)明所提供的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床的一種優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】。
[0030]如圖-圖4所示，該【具體實(shí)施方式】中的懸吊式無重力模擬試驗(yàn)床包括一套主動跟蹤子系統(tǒng)1、六套被動跟蹤子系統(tǒng)2、六套懸吊系統(tǒng)和支撐框架4。主動跟蹤子系統(tǒng)I為X軸主動跟蹤子系統(tǒng)I，被動跟蹤子系統(tǒng)2為Y軸被動跟蹤子系統(tǒng)2，懸吊系統(tǒng)包括Z軸恒拉力控制機(jī)構(gòu)3，支撐框架4由鋁型材拼裝而成。
[0031]其中，X軸主動跟蹤子系統(tǒng)I包括主梁101、V型導(dǎo)軌102、主動移動平臺、驅(qū)動裝置；主梁101兩端固定于支撐框架4，下方通過型材專用條形螺母固定V型導(dǎo)軌102，驅(qū)動裝置驅(qū)動主動移動平臺沿V型導(dǎo)軌102移動，V型導(dǎo)軌102即第一導(dǎo)軌，主動移動平臺以及驅(qū)動裝置共安裝有六套。
[0032]主動移動平臺包括V型導(dǎo)軌配套滾輪104和可調(diào)電機(jī)支座107，主動移動平臺通過V型導(dǎo)軌配套滾輪104沿V型導(dǎo)軌102移動。驅(qū)動裝置包括直齒齒條103、直齒齒輪105以及步進(jìn)電機(jī)108。直齒齒輪105安裝于步進(jìn)電機(jī)108的轉(zhuǎn)軸，直齒齒條103與直齒齒輪105嚙合，直齒齒條103通過型材專用條形螺母固定于主梁101下方，移動平臺通過可調(diào)電機(jī)支座107連接步進(jìn)電機(jī)108。這樣，步進(jìn)電機(jī)108驅(qū)動直齒齒輪105從而實(shí)現(xiàn)主動移動平臺在X軸方向上的主動跟蹤控制。
[0033]主動移動平臺還包括安裝板106和連接螺柱109，連接螺柱109的一端安裝于安裝板106，另一端連接Y軸被動跟蹤子系統(tǒng)2，這樣，主動移動平臺通過連接螺柱109與Y軸被動跟蹤子系統(tǒng)2固定。
[0034]Y軸被動跟蹤子系統(tǒng)2包括直線圓導(dǎo)管201和被動移動平臺，被動移動平臺沿著直線圓導(dǎo)管201在Y軸方向上移動，直線圓導(dǎo)管201即第二導(dǎo)軌。直線圓導(dǎo)管201安裝于連接螺柱109的另一端，Y軸被動跟蹤子系統(tǒng)2通過直線圓導(dǎo)管201固定于主動移動