基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置制造方法及图纸

本发明专利技术创造提供了一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置，包括基础平台，在基础平台上设有一级随动平台；一级随动平台，包括平台基座、平台基座底部设置的主动跟随机构、以及平台基座顶部竖直设置的竖直向零重力卸载机构；所述竖直向零重力卸载机构顶部设有顶盘，顶盘上设有用于安装机械臂的二级气浮平台；二级气浮平台，包括气垫、以及气垫上设置的气浮组件。本发明专利技术创造解决了现有机械臂或空间机构零重力模拟仅能实现平面内二维模拟，同时附加质量较大的问题。本发明专利技术创造能够实现空间机械臂或空间机构的六自由度三维零重力模拟，同时可以极大地降低引入系统的附加质量，从而使装置能够满足地面试验需求。

【技术实现步骤摘要】
基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置
本专利技术创造属于零重力模拟试验装置领域，尤其是涉及一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置。
技术介绍
航天器零重力模拟仿真试验作为保证航天器性能及可靠性必不可少的试验环节，其作用非常重要。随着航天产业的快速发展，尤其是在轨服务与维护，深空探测等项目的推进，未来宇航任务中，空间机械臂及各类型机构是完成相关空间任务的关键设备，因实现其地面高精度的零重力模拟试验是航天器研制过程中的重中之重。现有的机械臂或空间机构的零重力试验通常通过底部的平面支撑进行重力卸载，仅能实现平面内的零重力模拟，使用现有的装置实验时，装置只能在基础平台上做平面内二维运动，无法实现竖直方向以及三轴旋转的零重力模拟，因此机械臂仅能做二维平面内的零重力模拟，但太空中的零重力实际上是三维的，因此试验的真实性受到严重影响；而且现有装置在实际试验中面临着附加质量过大，地面干扰力矩偏大等诸多问题，严重影响整体试验精度；由于模拟装置整体与航天器固联，同时由于模拟装置自身质量较大，给本体引入了较大的附加质量，对航天器动力学造成了较大的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置，包括：基础平台，在基础平台上设有一级随动平台；一级随动平台，包括平台基座、平台基座底部设置的主动跟随机构、以及平台基座顶部竖直设置的竖直向零重力卸载机构；所述竖直向零重力卸载机构顶部设有顶盘，顶盘上设有用于安装机械臂的二级气浮平台；二级气浮平台，包括气垫、以及气垫上设置的气浮组件；所述气浮组件包括固定在气垫上的浮板，浮板上设有用于安装气浮球的气浮球窝；所述气浮球安装在气浮球窝内，气浮球顶部设有用于安装机械臂的转接工装。进一步的，所述主动跟随机构包括平台基座底部安装的平面气垫、以及用于推动平台基座移动的驱动轮组件。进一步的，所述平台基座上设有用于为气垫和平面气垫供气的气瓶。进一步的，所述顶盘上设有用于设置气垫的凹槽，凹槽边缘设有用于测量气垫移动的检测控制机构。进一步的，所述检测控制机构包括用于检测气垫移动的位移传感器、以及用于控制驱动轮组件工作的控制器。相对于现有技术，本专利技术创造具有以下优势：本专利技术创造解决了现有机械臂或空间机构零重力模拟仅能实现平面内二维模拟，同时附加质量较大的问题。本专利技术创造能够实现空间机械臂或空间机构的六自由度三维零重力模拟，同时可以极大地降低引入系统的附加质量，从而使装置能够满足后续在轨服务等一系列全新宇航任务的地面试验需求。同时该装置还能够应用于地面机械设备的无应力装配，具有良好的三维适应能力。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造的结构示意图；图2为本专利技术创造装载空间结构时的结构示意图；图3为本专利技术创造装载机械臂时的结构示意图；图4为本专利技术创造实施例所述的结构示意图。附图标记说明：1-基础平台；2-平台基座；3-竖直向零重力卸载机构；4-顶盘；5-气垫；6-浮板；7-气浮球窝；8-气浮球；9-转接工装；10-平面气垫；11-驱动轮组件；12-检测控制机构；13-气瓶；14-凹槽；15-机械臂。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术创造的描述中，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专利技术创造和简化描述，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专利技术创造的限制。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。在本专利技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术创造的描述中，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专利技术创造中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术创造。一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置，如图1至图4所示，包括：基础平台1，在基础平台1上设有一级随动平台；基础平台1可以是地面，也可以是花岗岩平台。一级随动平台，包括平台基座2、平台基座2底部设置的主动跟随机构、以及平台基座顶部竖直设置的竖直向零重力卸载机构3；所述竖直向零重力卸载机构3顶部设有顶盘4，顶盘4上设有用于安装机械臂15的二级气浮平台；通过移动一级随动平台就可以实现对机械臂的移动，从而实现了空间机械臂或空间机构的一个自由度，即水平方向移动的零重力模拟。二级气浮平台，包括气垫5、以及气垫5上设置的气浮组件；所述气浮组件包括固定在气垫5上的浮板6，浮板6上设有用于安装气浮球8的气浮球窝7；所述气浮球8安装在气浮球窝7内，气浮球8顶部设有用于安装机械臂的转接工装9，转接工装9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。所述气垫5可以采用现有的气垫片、气浮垫或空气轴承，只要可以实现气垫的稳定悬浮即可。所述竖直向零重力卸载机构3包括支架，支架底部通过平面气垫实现悬浮，从而通过采用现有气浮重力卸载的方式实现了二级气浮平台的重力卸载，由于二级气浮平台也可以通过气垫和浮板实现悬浮，同时又因为气膜悬浮对竖直方向的力传导不受影响，因此一级平台零重力卸载功能能够正常实现对二级气浮平台和机械臂的竖直方向的重力卸载，从而实现了对二级气浮平台上机械臂或空间结构的重力卸载。所述主动跟随机构包括平台基座2底部安装的平面气垫10、以及用于推动平台基座移动的驱动轮组件11，所述驱动轮组件11包括安装在平台基座底部的驱动轮，所述驱动轮可以选用全向移动轮或麦克纳姆轮，也可采用其他推力器，例如推力风扇等，只要能实现推动平台基座移动即可。所述平台基座2上设有用于为气垫5和平面气垫10供气的气瓶13。所述平面气垫10可以采用现有的气垫片、气浮垫或空气轴承，只要可以实现平面气垫的稳定悬浮即可，通过气瓶13为平面气垫供气，就可以使平面气垫实现悬浮；由于平面气垫与基础平台中间存在气膜，使得平面气垫与基础平台之间的摩擦力很小，当驱动轮组件11工作时，由于平台基座已经悬浮在基础平台上，所以此时驱动轮仅会与基础平台表面接触，驱动轮并不会承受平台基座的重量，不会起到承重作用，只会起到导向和推动平台基座移动的作用，这样当驱动轮工作时，由于驱动轮仅与基础平台轻微接触，所以驱动轮移动时并不会产生震动，通过驱动轮的推动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置，其特征在于，包括：基础平台，在基础平台上设有一级随动平台；一级随动平台，包括平台基座、平台基座底部设置的主动跟随机构、以及平台基座顶部竖直设置的竖直向零重力卸载机构；所述竖直向零重力卸载机构顶部设有顶盘，顶盘上设有用于安装机械臂的二级气浮平台；二级气浮平台，包括气垫、以及气垫上设置的气浮组件；所述气浮组件包括固定在气垫上的浮板，浮板上设有用于安装气浮球的气浮球窝；所述气浮球安装在气浮球窝内，气浮球顶部设有用于安装机械臂的转接工装。

【技术特征摘要】
1.一种基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装置，其特征在于，包括：基础平台，在基础平台上设有一级随动平台；一级随动平台，包括平台基座、平台基座底部设置的主动跟随机构、以及平台基座顶部竖直设置的竖直向零重力卸载机构；所述竖直向零重力卸载机构顶部设有顶盘，顶盘上设有用于安装机械臂的二级气浮平台；二级气浮平台，包括气垫、以及气垫上设置的气浮组件；所述气浮组件包括固定在气垫上的浮板，浮板上设有用于安装气浮球的气浮球窝；所述气浮球安装在气浮球窝内，气浮球顶部设有用于安装机械臂的转接工装。2.根据权利要求1所述的基于双级气浮的航天器三维零重力模拟装...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯玮杰，李跃华，李鹏，赵宝山，
申请(专利权)人：天津航天机电设备研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12