一种悬吊起旋机构及微重力翻滚状态模拟系统技术方案

本发明专利技术提供了一种悬吊起旋机构及微重力翻滚状态模拟系统，涉及在轨服务与维护技术领域，包括：起旋装置，其适于使悬吊目标绕自旋轴产生自旋；刚柔约束转换装置，其适于使所述悬吊机构与所述悬吊目标之间在刚性约束和柔性约束之间切换；角度和偏心调整装置，其适于对悬吊目标的偏摆角度与偏心位置进行调整。本发明专利技术所述的悬吊起旋机构既可实现悬吊目标绕自旋轴产生自旋，又可实现悬吊目标自旋轴产生摆动，并任意切换对悬吊目标的刚性约束和柔性约束状态，从而实现对在轨故障卫星某一种可能存在的姿态翻滚状态的地面模拟。

A Suspension Rotary Mechanism and Microgravity Rolling State Simulation System

【技术实现步骤摘要】
一种悬吊起旋机构及微重力翻滚状态模拟系统
本专利技术涉及在轨服务与维护
，特别涉及一种悬吊起旋机构及微重力翻滚状态模拟系统。
技术介绍
地球静止轨道(GEO)是人类重要的地球轨道资源，在轨资源受轨位限制，极为紧缺。然而随着航天任务的飞速发展，GEO带(GEO±200km)已经堆积了许多不可控的或废弃的卫星，这些卫星导致GEO轨位资源严重浪费。针对在轨失效卫星，在姿态特性方面，由于星体太阳翼和推进剂晃动等能量耗散作用，最终会呈现出翻滚姿态，对其进行在轨捕获是一大难点。为解决这一难点，亟待开展在轨服务与维护相关关键技术攻关；而相关关键技术攻关过程中，由于限于科研成本以及环保等问题，不能直接在太空中进行关键技术验证，通常在工程应用之前，需要先在地面开展大量的验证试验。因此在关键技术在轨验证及应用之前，急需提供一种能够对在轨失效卫星在太空工作环境及目标的真实在轨状态进行模拟的系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种悬吊起旋机构，以实现空间微重力状态下，对目标进行翻滚姿态的地面模拟。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种悬吊起旋机构，包括：起旋装置，其适于使悬吊目标绕自旋轴产生自旋；刚柔约束转换装置，其适于使所述悬吊机构与所述悬吊目标之间在刚性约束和柔性约束之间切换；所述起旋装置包括：用于提供起旋驱动力的手动起旋组件和/或起旋电机；适于在所述起旋驱动力的带动下将转矩转变为绕自身轴线转动运动的起旋转动部；直接或间接与所述起旋转动部连接的摩擦件；所述刚柔约束转换装置包括：被动驱动单元和柔性悬吊单元，所述被动驱动单元选择性与所述摩擦件连接，接收所述摩擦件传递过来的转矩；在所述被动驱动单元与所述摩擦件连接时，所述悬吊起旋机构对所述悬吊目标刚性约束，在所述被动驱动单元与所述摩擦件脱离时，通过所述柔性悬吊单元对所述悬吊目标进行柔性约束。可选的，所述被动驱动单元包括锥形旋转轴，所述锥形旋转轴与所述摩擦件同轴设置；在起旋状态下，所述锥形旋转轴的第二摩擦面与所述摩擦件的第一摩擦面相贴合，所述摩擦件利用摩擦力带动所述锥形旋转轴同轴转动。可选的，所述悬吊起旋机构还包括一欠驱动装置，所述欠驱动装置包括升降部；所述升降部在手动制动组件和或/制动电机提供的制动驱动力带动下，控制所述被动驱动单元与所述摩擦件脱离或结合。可选的，所述升降部包括：双向丝杠，所述双向丝杠接受所述制动传动部传递过来的扭矩绕自身轴线转动；正向丝杠螺母座，套设于所述双向丝杠上半部分，并在所述双向丝杠的带动下，沿升降滑轨滑动，并带动轴承座升降杆运动；反向丝杠螺母座，套设于所述双向丝杠下半部分，并在所述双向丝杠的带动下，沿所述升降滑轨滑动，并带动制动盘升降杆运动。可选的，所述欠驱动装置还包括：制动盘，与所述制动盘升降杆连接，适于对处于旋转状态的所述悬吊目标进行制动；套筒轴承座，与所述轴承座升降杆连接，适于直接或间接带动所述摩擦件沿轴线方向上下运动。可选的，所述柔性悬吊单元包括：钢丝绳，所述钢丝绳下端与钢丝绳套筒一端固定连接，所述钢丝绳套筒另一端与拉力传感器连接，所述拉力传感器通过球螺母与圆螺母座固定连接，所述圆螺母座固定连接于钢丝绳板上。可选的，所述刚柔约束转换装置还包括：导向件，所述导向件套设于所述摩擦件内部，所述导向件能够在柔性约束状态下，对所述锥形旋转轴进行偏摆幅度的限位；限位锥形块，所述限位锥形块设置于导向件远离所述摩擦件的一端端部，所述限位锥形块沿径向方向尺寸大于所述锥形旋转轴的最小内径。可选的，所述悬吊起旋机构还包括一角度和偏心调整装置，其适于对悬吊目标的偏摆角度与偏心位置进行调整；所述角度和偏心调整装置包括：第一目标转接板，其与所述锥形旋转轴固定连接并同步运动；第二目标转接板，其与所述悬吊目标固定连接；所述第一目标转接板底部设置有丝杠，一丝杠螺母座套设于丝杠外侧，随着丝杠的转动，所述丝杠螺母座前后移动；所述丝杠螺母座带动所述第二目标转接板运动。可选的，所述角度和偏心调整装置包括两组丝杠及两组丝杠螺母座；第一组丝杠螺母座与三角板连接且不发生相对转动；所述第二组丝杠螺母座与连杆通过一根销轴连接且能够发生相对转动；所述三角板以及所述连杆均与所述转接件通过一根销轴连接。相对于现有技术，本专利技术所述的悬吊起旋机构具有以下优势：(1)本专利技术提供的悬吊起旋机构采用手自动一体化欠驱动设计，具备起旋、刚柔约束转换、制动、悬吊位姿调整等多种功能；起旋转速可控，并具备制动功能，操作简单，安全可靠；同时具有手动与电机两种驱动方式，通过配置离合器使两种驱动方式互不干涉；(2)本专利技术提供的悬吊起旋机构既可实现悬吊目标绕自旋轴产生自旋，又可实现悬吊目标自旋轴产生摆动，并任意切换对悬吊目标的刚性约束和柔性约束状态，从而实现对在轨故障卫星某一种可能存在的姿态翻滚状态的地面模拟；(3)本专利技术提供的所述悬吊起旋机构，可通过调节手柄调节悬吊目标的偏摆角度与重心位置，满足不同的实验需求；调节方法简单方便，只需摇动手轮，不用拆装机构；本专利技术的另一目的在于提出一种微重力翻滚状态模拟系统，所述包括如上述所述悬吊起旋机构。所述微重力翻滚状态模拟系统与上述悬吊起旋机构相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术微重力翻滚状态模拟系统整体结构示意图；图2为本专利技术悬吊起旋机构立体图一；图3的本专利技术悬吊起旋机构立体图二；图4为本专利技术手摇齿轮箱结构示意图；图5为本专利技术起旋组件立体图；图6为本专利技术起旋组件截面图；图7为本专利技术悬吊起旋机构局部结构立体图；图8为本专利技术升降单元立体图；图9为图7中A处放大图；图10为图7中B处放大图；图11为本专利技术制动盘与套筒轴承座结构示意图；图12为本专利技术悬吊起旋机构截面图一；图13为图12中C处放大图；图14为本专利技术摩擦件与锥形旋转轴结构示意图；图15为本专利技术柔性悬吊单元示意图；图16为本专利技术钢丝绳组件截面图；图17为本专利技术制动盘非制动状态示意图；图18为本专利技术制动盘制动状态示意图；图19为本专利技术角度和偏心调整装置立体图；图20为本专利技术角度和偏心调整装置角度调整示意图一；图21为本专利技术角度和偏心调整装置角度调整示意图二。附图标记说明：11-桁架，12-电气箱，13-桁架连接板，9-悬吊目标；2-手动组件；21-手摇齿轮箱，22-起旋齿轮箱，23-制动齿轮箱，24-制动第一万向联轴器，25-起旋第一万向联轴器，26-制动第二万向联轴器，27-起旋第二万向联轴器；211-第一手轮，212-第二手轮，213-第一锥齿，214-第二锥齿，215-第三锥齿，216-第四锥齿，221-第五锥齿，222-第六锥齿，421-第七锥齿，422-第八锥齿；3-欠驱动装置；31-制动电机，32-制动传动部，33-升降部，35-锥形旋转轴；331-升降底座，332-升降滑轨，333-双向丝杠，334-正向丝杠螺母座，335-反向丝杠螺母座，336-轴承座升降杆，337-制动盘升降杆，338-丝杠固定座；341-安装板，342-制动盘，3421-制动器，343-套筒轴承座，344-制动盘导向杆，345-轴承座导向杆，346-直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬吊起旋机构，其特征在于，包括：起旋装置，其适于使悬吊目标(9)绕自旋轴产生自旋；刚柔约束转换装置，其适于使所述悬吊机构与所述悬吊目标(9)之间在刚性约束和柔性约束之间切换；所述起旋装置包括：用于提供起旋驱动力的手动起旋组件和/或起旋电机(41)；适于在所述起旋驱动力的带动下将转矩转变为绕自身轴线转动运动的起旋转动部(43)；直接或间接与所述起旋转动部(43)连接的摩擦件(45)；所述刚柔约束转换装置包括：被动驱动单元和柔性悬吊单元(6)，所述被动驱动单元选择性与所述摩擦件(45)连接，接收所述摩擦件(45)传递过来的转矩；在所述被动驱动单元与所述摩擦件(45)连接时，所述悬吊起旋机构对所述悬吊目标(9)刚性约束，在所述被动驱动单元与所述摩擦件(45)脱离时，通过所述柔性悬吊单元(6)对所述悬吊目标(9)进行柔性约束。

【技术特征摘要】
1.一种悬吊起旋机构，其特征在于，包括：起旋装置，其适于使悬吊目标(9)绕自旋轴产生自旋；刚柔约束转换装置，其适于使所述悬吊机构与所述悬吊目标(9)之间在刚性约束和柔性约束之间切换；所述起旋装置包括：用于提供起旋驱动力的手动起旋组件和/或起旋电机(41)；适于在所述起旋驱动力的带动下将转矩转变为绕自身轴线转动运动的起旋转动部(43)；直接或间接与所述起旋转动部(43)连接的摩擦件(45)；所述刚柔约束转换装置包括：被动驱动单元和柔性悬吊单元(6)，所述被动驱动单元选择性与所述摩擦件(45)连接，接收所述摩擦件(45)传递过来的转矩；在所述被动驱动单元与所述摩擦件(45)连接时，所述悬吊起旋机构对所述悬吊目标(9)刚性约束，在所述被动驱动单元与所述摩擦件(45)脱离时，通过所述柔性悬吊单元(6)对所述悬吊目标(9)进行柔性约束。2.根据权利要求1所述的悬吊起旋机构，其特征在于，所述被动驱动单元包括锥形旋转轴(35)，所述锥形旋转轴(35)与所述摩擦件(45)同轴设置；在起旋状态下，所述锥形旋转轴(35)的第二摩擦面(351)与所述摩擦件(45)的第一摩擦面(451)相贴合，所述摩擦件(45)利用摩擦力带动所述锥形旋转轴(35)同轴转动。3.根据权利要求1所述的悬吊起旋机构，其特征在于，所述悬吊起旋机构还包括一欠驱动装置(3)，所述欠驱动装置(3)包括升降部(33)、手动制动组件和或/制动电机(31)；所述升降部(33)在手动制动组件和或/制动电机(31)提供的制动驱动力带动下，控制所述被动驱动单元与所述摩擦件(45)脱离或结合。4.根据权利要求3所述的悬吊起旋机构，其特征在于，所述升降部(33)包括：双向丝杠(333)，所述双向丝杠(333)接受制动传动部(32)传递过来的扭矩绕自身轴线转动；正向丝杠螺母座(334)，套设于所述双向丝杠(333)上半部分，并在所述双向丝杠(333)的带动下，沿升降滑轨(332)滑动，并带动轴承座升降杆(336)运动；反向丝杠螺母座(335)，套设于所述双向丝杠(333)下半部分，并在所述双向丝杠(333)的带动下，沿所述升降滑轨(332)滑动，并带动制动盘升降杆(337)运动。5.根据权利要求4所述的悬吊起旋机构，其特征在于，所述欠驱动装置(3)还包括：制动盘(342)，与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志，黄龙飞，黄剑斌，于登云，孙立宁，蒙波，李伟达，张志民，庞羽佳，韩旭，王尹，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11