一种重力平衡悬吊随动装置、系统及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种重力平衡悬吊随动装置、系统及其工作方法，该装置包括系统支架、Y向运动机构、X向运动机构、重力方向悬吊机构。重力方向悬吊机构包含电机齿轮箱组合、卷绕轮、力传感器、缓冲缸、缓冲弹簧、缓冲导向杆、换向缓冲滑轮、导向轮、钢丝绳、吊丝牵引柄、X向倾角传感器、Y向倾角传感器、倾角传感器支架。中间的换向缓冲滑轮将钢丝绳的拉力合成为压力施加到力传感器上；缓冲缸内的缓冲弹簧能够以被动的方式快速响应空间机构位移通过钢丝绳导致的压力的变化。该主动和被动相结合的悬吊机构和系统，将拉力传感器固定在悬吊机构上，解决了传感器串联问题，提高系统的可靠性；同时采用的主动和被动相结合的方式，提高了系统的响应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种重力平衡悬吊随动装置、系统及其工作方法，属于机械
技术背景对于地面空间微重力环境的模拟主要采用重力平衡方式，具体实现主要包括悬吊、支撑等方式。悬吊方式主要包括主动式悬吊和被动式悬吊两种方式。主动式悬吊方式采用传感器作为反馈量，通过合适的控制律由电机驱动悬吊机构在水平面内随空间机构的移动而移动，并且通过收紧释放钢丝绳拉动空间机构以钢丝绳的拉力平衡空间机构的重力，从而实现空间微重力环境模拟。主动式悬吊系统限于电机的响应速度，系统响应时间慢，但控制精度高。而被动式悬吊通过配重块被动克服空间机构的重力，保持钢丝绳恒拉力，实验装置简单；被动式吊挂方式一般响应比较快，但控制精度较差。主动方式实现中拉力传感器一般串联在钢丝绳中间，由于传感器供电线缆等的影响，传感器容易损坏，同时系统需要处理线缆上下移动的问题，系统复杂，可靠性低。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种重力平衡悬吊随动装置、系统及其工作方法，以解决现有技术中主动式悬吊系统响应慢、由于拉力传感器串联在钢丝绳中间导致的可靠性低、系统复杂等问题，提高了系统的可靠性；同时所采用的主动和被动相结合的方式，也提高了系统的响应速度。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种重力平衡悬吊随动装置，该装置包括支架14、Y向运动机构11、X向运动机构12、重力方向悬吊机构13。Y向运动机构11包括Y向电机齿轮箱组合111、Y向同步带112及Y向同步带轮113、Y向运动导轨114、Y向运动滑块115。其中Y向同步带轮113通过轴安装在系统支架14上，Y向电机齿轮箱组合111、Y向运动导轨114固定在系统支架上，Y向同步带112绕在Y向同步带轮113上，Y向运动滑块115固定在X向运动机构12上，Y向同步带113与X向运动机构12连接。Y向电机齿轮箱组合111驱动Y向同步带轮113，同步带轮带动Y向同步带113运动，进一步带动与Y向同步带113连接的X向运动机构12通过Y向运动滑块115沿固定系统支架上的导轨114移动。X向运动机构12包括X向运动机构基板121、X向电机齿轮箱组合122、X向同步带123及X向同步带轮124、X向运动导轨125、X向运动滑块126。其中X向运动机构基板121与Y向同步带112连接，X向同步带轮124通过轴安装在X向运动机构基板121上，X向电机齿轮箱组合122、、X向运动导轨125固定在X向运动机构基板121上，X向同步带123绕在X向同步带轮124上，X向运动滑块126安装在重力方向悬吊机构13上，X向同步带123与重力方向悬吊机构13连接。X向电机齿轮箱组合122驱动X向同步带轮124，同步带轮带动X向同步带123运动，进一步带动与X向同步带123连接的重力方向悬吊机构13通过X向运动滑块126沿X向运动导轨125移动。重力方向悬吊机构13包含底板1301、电机支架1302、电机齿轮箱组合1303、卷绕轮支架1304、卷绕轮1305、力传感器1306、缓冲缸1307、缓冲弹簧1308、缓冲导向杆1309、换向缓冲滑轮1310、导向轮支架1311、导向轮1312、钢丝绳1313、吊丝牵引柄1314、X向倾角传感器1315、Y向倾角传感器1316、倾角传感器支架1317。其中底板1301与X向运动机构12的X向同步带123连接。电机支架1302、卷绕轮支架1304、导向轮支架1311、倾角传感器支架1317固定在底板1301上。电机齿轮箱组合1303安装在电机支架1302上，卷绕轮1305通过轴安装在卷绕轮支架1304上，电机齿轮箱组合1303的输出轴通过联轴器和轴驱动卷绕轮1305转动，卷绕轮1305通过转动收紧/释放钢丝绳1313。力传感器1306一端安装在底板1301上，另一端与缓冲缸1307底部连接；缓冲弹簧1308安装在缓冲缸1307内，缓冲导向杆1309一端安装在缓冲缸1307内，顶住缓冲弹簧1309；换向缓冲滑轮1310通过轴安装在缓冲导向杆1309的另一端。由卷绕轮1305内侧绕出的钢丝绳1313，从外侧绕在换向缓冲滑轮1310上。当电机齿轮箱组合1303驱动卷绕轮1305转动拉动钢丝绳或者与钢丝绳1313相连的外部负载运动时，通过换向缓冲滑轮1310两侧拉力合力，钢丝绳1313依次改变传递到缓冲导向杆1309、缓冲弹簧1308和缓冲缸体1307的压力，进一步改变施加在力传感器1306上的力，从而可以通过力传感器1306测量得到压力的变化。中间的换向缓冲滑轮1310将钢丝绳1313的拉力合成为压力施加到力传感器1306上；同时缓冲缸1307内的缓冲弹簧1308能够以被动的方式快速响应空间机构位移通过钢丝绳1313导致的压力的变化。导向轮1312安装在导向轮支架1311上，由换向缓冲滑轮1310外侧绕出的钢丝绳1313，从内侧绕在导向轮1312上，穿过吊丝牵引柄1314上的孔，最后与待测机构的吊挂点连接。倾角传感器支架1317安装在底板1301上，Y向倾角传感器1316的外壳安装在倾角传感器支架1317，输入轴与X向倾角传感器1315的外壳相连。X向倾角传感器1315的输入轴与吊丝牵引柄1314相连。当待测的空间机构沿X、Y方向运动时，会使钢丝绳1313产生偏移，吊丝牵引柄1314随钢丝绳1313产生偏移，导致X向倾角传感器1315、Y向倾角传感器1316的轴旋转从而测得X向倾角、Y向倾角。本专利技术还提供了一种重力平衡悬吊随动系统，包括：上述的重力平衡悬吊随动装置1、驱动控制模块2、人机交互和显示模块3；驱动控制模块2与重力平衡悬吊随动装置1中的重力方向悬吊机构13中的X向倾角传感器1315、Y向倾角传感器1316、力传感器1306和电机齿轮箱组合1303、X向电机齿轮箱组合122、Y向电机齿轮箱组合111相连，用于电机齿轮箱组合1303、X向电机齿轮箱组合122、Y向电机齿轮箱组合111的运动控制；人机交互和显示模块3用于启动、停止、随动及相关指令的输入、平衡重力以及控制等参数设置、状态显示，发送指令到驱动控制模块2按指令控制重力平衡悬吊随动装置1，并进行状态显示。进一步地，本专利技术上述系统应用于模拟空间环境中空间机构的运动学和/或动力学状况的测试。本专利技术还提供了一种重力平衡悬吊随动系统的工作方法，包括：首先通过人机交互显示模块3设定待平衡的重力，然后通过驱动控制模块2启动重力平衡悬吊随动装置1。力传感器1306实时测量钢丝绳拉力的变化，并且将拉力信息反馈给驱动控制模块2，驱动控制模块控制电机齿轮箱组合1303收紧或者释放钢丝绳，从而改变钢丝绳上的拉力，使拉力达到设定值。同时X向倾角传感器1315、Y向倾角传感器1316测量当前与待测的空间机构连接的钢丝绳偏移重力方向的角度，根据倾角大小通过X向驱动电机齿轮箱组合、Y向驱动电机齿轮箱组合控制X向运动机构12、Y向运动机构11使重力方向悬吊机构13沿X和Y向运动，使与待测的空间机构连接的钢丝绳偏移重力方向的角度为0。然后启动待测的空间机构的运动，当沿X、Y方向运动时，X向倾角传感器1315、Y向倾角传感器1316测得的X向倾角、Y向倾角不为0时，根据倾角大小通过X向驱动电机齿轮箱组合、Y向驱动电机齿轮箱组合控制X向运本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力平衡悬吊随动装置，其特征在于：所述包括系统支架、Y向运动机构、X向运动机构、重力方向悬吊机构；Y向运动机构包括Y向电机齿轮箱组合、Y向同步带及Y向同步带轮、Y向运动导轨、Y向运动滑块，其中Y向同步带轮通过轴安装在系统支架上，Y向电机齿轮箱组合、Y向运动导轨固定在系统支架上，Y向同步带绕在Y向同步带轮上，Y向运动滑块固定在X向运动机构上，Y向同步带与X向运动机构连接，Y向电机齿轮箱组合驱动Y向同步带轮，同步带轮带动Y向同步带运动，进一步带动与Y向同步带连接的X向运动机构通过Y向运动滑块沿固定系统支架上的导轨移动；所述X向运动机构包括X向运动机构基板、X向电机齿轮箱组合、X向同步带及X向同步带轮、X向运动导轨、X向运动滑块，其中X向运动机构基板与Y向同步带连接，X向同步带轮通过轴安装在X向运动机构基板上，X向电机齿轮箱组合、、X向运动导轨固定在X向运动机构基板上，X向同步带绕在X向同步带轮上，X向运动滑块安装在重力方向悬吊机构上，X向同步带与重力方向悬吊机构连接，X向电机齿轮箱组合驱动X向同步带轮，同步带轮带动X向同步带运动，进一步带动与X向同步带连接的重力方向悬吊机构通过X向运动滑块沿X向运动导轨移动。...

【技术特征摘要】
1.一种重力平衡悬吊随动装置，其特征在于：所述包括系统支架、Y向运动机构、X向运动机构、重力方向悬吊机构；Y向运动机构包括Y向电机齿轮箱组合、Y向同步带及Y向同步带轮、Y向运动导轨、Y向运动滑块，其中Y向同步带轮通过轴安装在系统支架上，Y向电机齿轮箱组合、Y向运动导轨固定在系统支架上，Y向同步带绕在Y向同步带轮上，Y向运动滑块固定在X向运动机构上，Y向同步带与X向运动机构连接，Y向电机齿轮箱组合驱动Y向同步带轮，同步带轮带动Y向同步带运动，进一步带动与Y向同步带连接的X向运动机构通过Y向运动滑块沿固定系统支架上的导轨移动；所述X向运动机构包括X向运动机构基板、X向电机齿轮箱组合、X向同步带及X向同步带轮、X向运动导轨、X向运动滑块，其中X向运动机构基板与Y向同步带连接，X向同步带轮通过轴安装在X向运动机构基板上，X向电机齿轮箱组合、、X向运动导轨固定在X向运动机构基板上，X向同步带绕在X向同步带轮上，X向运动滑块安装在重力方向悬吊机构上，X向同步带与重力方向悬吊机构连接，X向电机齿轮箱组合驱动X向同步带轮，同步带轮带动X向同步带运动，进一步带动与X向同步带连接的重力方向悬吊机构通过X向运动滑块沿X向运动导轨移动。2.根据权利要求1所述的一种重力平衡悬吊随动装置，其特征在于：所述重力方向悬吊机构包含底板、电机支架、电机齿轮箱组合、卷绕轮支架、卷绕轮、力传感器、缓冲缸、缓冲弹簧、缓冲导向杆、换向缓冲滑轮、导向轮支架、导向轮、钢丝绳、吊丝牵引柄、X向倾角传感器、Y向倾角传感器、倾角传感器支架，其中底板与X向运动机构的X向同步带连接，电机支架、卷绕轮支架、导向轮支架、倾角传感器支架固定在底板上，电机齿轮箱组合安装在电机支架上，卷绕轮通过轴安装在卷绕轮支架上，电机齿轮箱组合的输出轴通过联轴器和轴驱动卷绕轮转动，卷绕轮通过转动收紧/释放钢丝绳，力传感器一端安装在底板上，另一端与缓冲缸底部连接；缓冲弹簧安装在缓冲缸内，缓冲导向杆一端安装在缓冲缸内，顶住缓冲弹簧；换向缓冲滑轮通过轴安装在缓冲导向杆的另一端，由卷绕轮内侧绕出的钢丝绳，从外侧绕在换向缓冲滑轮上。3.根据权利要求2所述的一种重力平衡悬吊随动装置，其特征在于：当电机齿轮箱组合驱动卷绕轮转动拉动钢丝绳或者与钢丝绳相连的外部负载运动时，通过换向缓冲滑轮两侧拉力合力，钢丝绳依次改变传递到缓冲导向杆、缓冲弹簧和缓冲缸体的压力，进一步改变施加在力传感器上的力，从而通过力传感器测量得到压力的变化。4.根据权利要求3所述的一种重力平衡悬吊随动装置，其特征在于：中间的换向缓冲滑轮将钢丝绳的拉力合成为压力施加到力传感器上；同时缓冲缸内的缓冲弹簧能够以被动的方式快速响应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王邢波，王小涛，聂宏，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32