基于懸吊與氣懸浮組合的六自由度零重力模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地面微重力模擬實驗平臺的航空宇航技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為降低宇航設(shè)備的開發(fā)成本，提高可靠性，縮短研發(fā)周期，需要在研發(fā)過程中或發(fā)射前在地面上對設(shè)備功能、性能指標、工作可靠性、操作流程、故障模式與應(yīng)對措施等設(shè)備全壽命周期內(nèi)可能面對的所有問題進行盡可能的和高效率的驗證，以幫助設(shè)計人員盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并修改、驗證，并幫助操作人員和管理人員制定合理的操作流程，可靠的意外情況應(yīng)對措施，熟悉操作過程。然而，由于宇航設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計與材料使用大多要適應(yīng)低發(fā)射負載要求和低重力工作環(huán)境，所需要在地球重力環(huán)境中模擬在太空中微重力或低重力的工作狀態(tài)。
[0003]地面微重力模擬的主要方法有計算機仿真和半物理實驗的方法，但是依賴于計算機仿真的方案往往不能夠準確反映出實際的環(huán)境。半物理實驗的方法主要有落塔法、水浮法、懸吊法、氣浮法等?！皻飧》ā钡拇碓O(shè)備是各種氣浮平臺。原理是利用氣體浮力將待測物于光滑的水平面上托起維持低重力環(huán)境。氣體由平面止推氣浮軸承噴出后，通過改變節(jié)流孔氣體壓力，使被測工件保持懸浮狀態(tài)。上世紀60年代，歐洲空間局已經(jīng)建立氣浮平臺來研究低重力系統(tǒng)。氣浮法的優(yōu)點在于它的精度高，可靠性強，并且成本較低，但缺點在于它只能實現(xiàn)二維平面內(nèi)的實驗，最多5個運動自由度。對于例如巡視車可能遇到的越障，爬坡情況無法做出有效的評價。氣浮設(shè)備的供氣管路、排氣推力、氣瓶在工作中的質(zhì)量變化都是可能影響實驗的因素，此類系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)盡量減小或避免這些因素的影響。氣浮設(shè)備多種多樣，是減小環(huán)境摩擦、振動影響的有力工具，但單純使用氣浮技術(shù)難以實現(xiàn)多自由的運動模擬，因而氣浮平臺技術(shù)一般都是忽略最困難的一個自由度，即垂直方向的。因此，將基于氣浮法的微重力模擬設(shè)備與懸吊法重力卸荷相結(jié)合，實現(xiàn)三旋轉(zhuǎn)自由度與垂直方向均可模擬的微重力模擬設(shè)備是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于懸吊與氣懸浮組合的六自由度零重力模擬系統(tǒng)，是為了解決現(xiàn)有微重力及低重力模擬設(shè)備技術(shù)存在不足的問題。
[0005]所述的目的是通過以下方案實現(xiàn)的:所述的一種基于懸吊與氣懸浮組合的六自由度零重力模擬系統(tǒng)，它包括底座1、球形氣浮軸承2、氣罐3、反射鏡4、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9、起重電機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17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9的輸出軸與扭矩傳感器13的一端傳動連接，起重電機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。
[0006]本發(fā)明的六自由度零重力模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，克服了一般氣浮式微重力設(shè)備無法進行垂直方向自由度模擬的缺點，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。由于引入了多種氣浮設(shè)備，減小了系統(tǒng)部件運動的阻尼，消除了部件振動的影響，精度高，可靠性強，并且成本較低；采用大小兩個電機，即起重電機與平衡電機，控制吊索的懸吊運動，既可分別用于不同工作模式，也可按照粗調(diào)微調(diào)的分工協(xié)同運動；懸吊繩索上安裝有激光器和反射鏡作為光學(xué)測量系統(tǒng)測定吊索偏角。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0008]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1所示，它包括底座1、球形氣浮軸承2、氣罐3、反射鏡4、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9、起重電機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17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9的輸出軸與扭矩傳感器13的一端傳動連接，起重電機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