一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置及方法，所述装置包括减重平台主体(6)、配重单元(5)、二维平动单元(4)、倾角感知绞车单元(3)和张力绳索(2)。本发明专利技术利用简单的平衡原理和配重抵消重量的方法，简化了恒张力机构和复杂性控制的问题。基于拉拽绳索垂直倾角的感知和补充方式，采用小惯量二维平动单元(4)细调倾角感知绞车单元(3)位置的方法，实现控制策略简单、随动、低成本、快速、可靠的低重力模拟功能。模拟功能。模拟功能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置及方法
[0001]本专利技术属于机械领域，涉及一种低重力模拟装置，特别是一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置及方法。
技术介绍
[0002]低重力模拟是航天探索的基础，在月球、火星等外星球上的低重力不仅会减少设备的自重，也会对星表面支撑、摩擦驱动、勘探作业等带来复杂影响。
[0003]低重力模拟是在地面上实现外太空、外星球低重力条件下的航天设备的功能、性能实验，主要的途径是降低地球引力作用，即通过提升拉拽减重、通过介质浮力减重、利用失重法去重。这些技术方法都作为常规手段被使用，但由于实施条件及成本等原因，都有一定使用局限性，如利用飞机或落塔的失重法持续时间短、成本高；利用水浮力的水中低重力模拟方法中受水的阻力影响较大；气浮法提供的提升力有限；悬吊法提升垂直跟随难度大、恒力保持控制精度要求高等。
[0004]配重砝码减重方法是较为理想的技术方法，通过滑轮悬吊的砝码对实验对象进行减重，即可实现恒力，甚至适应实验对象水平高度变化时也能保持恒力提升。但是现有的配重法普遍把配重砝码固定在特定位置，通过滑轮组传递提升力，在实验对象进行大范围移动时，绳索系统对实验对象的水平存在较大拉拽阻力，也无法有效的保持垂直提升力。
技术实现思路
[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置及方法，以解决悬吊式低重力模拟装置在恒力垂直向上减重精度和稳定性不足的问题，降低试验成本、降低机构和控制复杂度。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：本专利技术利用吊滑轮力平衡原理，以滑轮一侧配重抵消试验对象部分自重，实现低重力模拟；通过倾角传感器和二维平动单元实现对试验对象的自动跟随。具体的，
[0007]一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置，包括减重平台主体、配重单元、二维平动单元、倾角感知绞车单元和张力绳索，其中配重单元、二维平动单元、倾角感知绞车单元和张力绳索均安装在减重平台主体上，减重平台主体位于实验对象上方并跟随实验对象的运动而移动；张力绳索一端连接实验对象，另一端绕过倾角感知绞车单元后连接配重单元，倾角感知绞车单元连接在二维平动单元上，在与减重平台主体一起移动的过程中，倾角感知绞车单元时刻感知张力绳索连接实验对象的部分所在直线与铅垂方向的夹角，二维平动单元从二维平面上两个相互垂直的方向带动倾角感知绞车单元移动，对所述夹角进行实时补偿。
[0008]优选所述的倾斜度感知绞车单元包括倾斜度感知穿杆、主滑轮、滑轮侧倾旋转轴和两个倾斜度传感器；张力绳索绕过主滑轮并穿过倾斜度感知穿杆，主滑轮主轴固定架上端设置有滑轮侧倾旋转轴，倾斜度感知穿杆同时连接在主滑轮和滑轮侧倾旋转轴上，滑轮
侧倾旋转轴上安装有一个倾斜度传感器，滑轮侧倾旋转轴在张力绳索左右偏移带动倾斜度感知穿杆摆动时，也带动主滑轮左右倾斜摆动，由此带动滑轮侧倾旋转轴上安装的倾斜度传感器感知实验对象相对于减重平台主体的左右偏移位置方向及大小；另一个倾斜度传感器安装于主滑轮的轴上，在张力绳索前后偏移带动倾斜度感知穿杆摆动时，主滑轮的轴上的倾斜度传感器感知实验对象相对于减重平台主体的前后偏移位置方向及大小。
[0009]优选所述的二维平动单元包括两个相互平行的横向电动滑台和一个垂直的纵向电动滑台，每个电动滑台又包括直线导轨、驱动电机和丝杠，其中纵向水平滑台作为主吊滑台，用于提供主滑轮和滑轮侧倾旋转轴的安装基面，主吊滑台的运动方向和运动距离与两个倾斜度传感器所感知的位置方向及大小相对应，形成闭环控制。
[0010]优选所述的主吊滑台的移动范围不小于400mm
×
400mm。
[0011]优选所述的配重单元包括配重砝码、砝码导轨、和配重滑轮，张力绳索绕过配重滑轮连接配重砝码，配重砝码在张力绳索的带动下沿砝码导轨(52)上下运动。
[0012]优选所述的砝码导轨沿重力方向设置。
[0013]优选所述的张力绳索由钢丝绳编织而成，具有较小的伸长率及较好的弯曲柔性。
[0014]优选所述的张力绳索与配重单元的连接部分，还设置有多重增力滑轮组，通过增力滑轮组增加张力绳索的根数以减少配重砝码的使用重量。
[0015]优选所述的减重平台主体安装于实验场地上的天车或绳索牵引悬挂平台上。
[0016]一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟方法，
[0017]在实验场地上的天车或绳索牵引悬挂平台上，设置二维平动驱动装置，二维平动驱动装置上设置定滑轮以及倾斜度传感器；
[0018]利用张力绳索绕过所述定滑轮，一端连接低重力模拟实验对象，另一端连接配重；
[0019]低重力模拟实验对象运动过程中，利用天车或绳索牵引悬挂平台的移动完成对低重力模拟实验对象的粗跟随；
[0020]利用倾斜度传感器实时感知定滑轮在张力绳索的带动下所产生的倾斜角度并反馈给二维平动驱动装置，由二维平动驱动装置带动定滑轮移动完成对低重力模拟实验对象的精跟随，使得低重力模拟实验对象在运动过程中，张力绳索的拉力等于配重所受重力，同时张力绳索时刻与竖直方向尽可能保持一致。
[0021]本专利技术与现有技术相比的优点在于：本专利技术装置利用在滑轮一端的减重配重，部分抵消滑轮另一端测试对象的限定重量；倾斜度感知绞车单元根据连接于测试对象上的绳索倾斜度，通过二维平动单元的电机快速细调倾斜度感知绞车的空间位置，保证减重绳索始终保持垂直，调整减重绳缆垂直度，以此保证对测试对象的重力消减，实现了低重力状态。本专利技术利用简单的平衡原理和配重抵消重量的方法，简化了恒张力机构和复杂性控制的问题。基于拉拽绳索垂直倾角的感知和补充方法，采用小惯量二维平动单元细调定位绞车位置的方法，实现控制策略简单、随动、低成本、快速、可靠的低重力模拟功能。
附图说明
[0022]图1为本专利技术装置的整体结构示意图；
[0023]图2为本专利技术装置的组成结构图；
[0024]图3为本专利技术倾角感知绞车单元的结构示意图；
[0025]图4为本专利技术二维平动单元的结构示意图；
[0026]图5为本专利技术张力绳索及滑轮组布置示意图，其中(a)为单根绳索直连状态，(b)为采用一次滑轮增倍配重砝码减重量状态；
[0027]图6为本专利技术绳索倾角补偿策略示意图。
[0028]图中1
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低重力实验对象；2
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张力绳索；21
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提升挂钩；3
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倾角感知绞车单元；31
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倾斜度感知穿杆；32
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主滑轮；33
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滑轮侧倾旋转轴；34
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倾斜度传感器；4
‑
二维平动单元；41
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主吊滑台；42
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驱动电机；43
‑
导轨；45
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丝杠；5
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配重单元；51
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配重砝码本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置，其特征在于：包括减重平台主体(6)、配重单元(5)、二维平动单元(4)、倾角感知绞车单元(3)和张力绳索(2)，其中配重单元(5)、二维平动单元(4)、倾角感知绞车单元(3)和张力绳索(2)均安装在减重平台主体(6)上，减重平台主体(6)位于实验对象上方并跟随实验对象的运动而移动；张力绳索(2)一端连接实验对象，另一端绕过倾角感知绞车单元(3)后连接配重单元(5)，倾角感知绞车单元(3)连接在二维平动单元(4)上，在与减重平台主体(6)一起移动的过程中，倾角感知绞车单元(3)时刻感知张力绳索(2)连接实验对象的部分所在直线与铅垂方向的夹角，二维平动单元(4)从二维平面上两个相互垂直的方向带动倾角感知绞车单元(3)移动，对所述夹角进行实时补偿。2.根据权利要求1所述的一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置，其特征在于：所述的倾斜度感知绞车单元(3)包括倾斜度感知穿杆(31)、主滑轮(32)、滑轮侧倾旋转轴(33)和两个倾斜度传感器(34)；张力绳索(2)绕过主滑轮(32)并穿过倾斜度感知穿杆(31)，主滑轮(32)主轴固定架上端设置有滑轮侧倾旋转轴(33)，倾斜度感知穿杆(31)同时连接在主滑轮(32)和滑轮侧倾旋转轴(33)上，滑轮侧倾旋转轴(33)上安装有一个倾斜度传感器(34)，滑轮侧倾旋转轴(33)在张力绳索(2)左右偏移带动倾斜度感知穿杆(31)摆动时，也带动主滑轮(32)左右倾斜摆动，由此带动滑轮侧倾旋转轴(33)上安装的倾斜度传感器(34)感知实验对象相对于减重平台主体(6)的左右偏移位置方向及大小；另一个倾斜度传感器(34)安装于主滑轮(32)的轴上，在张力绳索(2)前后偏移带动倾斜度感知穿杆(31)摆动时，主滑轮(32)的轴上的倾斜度传感器(34)感知实验对象相对于减重平台主体(6)的前后偏移位置方向及大小。3.根据权利要求2所述的一种基于减重配重和倾角感应的低重力模拟装置，其特征在于：所述的二维平动单元(4)包括两个相互平行的横向电动滑台和一个垂直的纵向电动滑台，每个电动滑台又包括直线导轨(43)、驱动电机(42)和丝杠(45)，其中纵向水平滑台作为主吊滑台(41)，用于提供主滑轮(3...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾永，邢琰，胡海霞，段文杰，王鹏基，谭顺栓，滕宝毅，牟小刚，毛晓艳，郝永波，刘祥，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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