本申请属于微重力模拟技术领域，具体涉及一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置,包括基座、主臂、起升滑轮组、补偿滑轮组和绳索；所述主臂的第一端在第一铰接点与所述基座铰接，所述主臂上靠近第二端的位置固定设置一支臂；所述起升滑轮组包括起升定滑轮和起升动滑轮，起升定滑轮固定在所述主臂的第二端，所述起升动滑轮用于承载负载；所述补偿滑轮组包括补偿定滑轮和补偿动滑轮，其中所述补偿定滑轮设置在所述基座顶端，所述补偿动滑轮设置在所述支臂上；所述补偿动滑轮位于所述起升定滑轮的上方;所述绳索绕接所述补偿定滑轮和补偿动滑轮，再绕接所述起升定滑轮和起升动滑轮，所述绳索一端固定在基座上，另一端固定在所述主臂上。在所述主臂上。在所述主臂上。
【技术实现步骤摘要】
一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置
[0001]本申请属于微重力模拟
，具体涉及一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置。
技术介绍
[0002]航天对接机构是飞行器空间探测过程中舱体连接与分离的关键核心部件，对接机构的动态性能、可靠性及稳定性等指标对整体项目起到决定性的作用。然而，对接机构在空间环境中一直处于失重状态，不同于地面环境中，一直受到重力因素的影响。因此，如何在地面测试环境中准确模拟空间环境的零重力或微重力状态，随着空间探测进程的逐步深入，也越来越成为了当前相关领域的研究热点问题。
[0003]采用微重力模拟技术，机构可以在指定状态下极大程度抵消其自身重力的影响，从而能够真实还原空间失重环境。目前，微重力模拟技术主要可分为两大类：主动模拟和被动模拟。主动模拟技术即通过驱动器和传感器的辅助作用，利用控制算法的调节，使机构在不同轨迹下抵消自身重力的影响。主动模拟技术的最大优点是动态响应好、精度高，但是系统结构复杂、成本大、可靠性差，同时不可避免地会有响应滞后的弊端。在工程实践中，使用更多的往往是被动模拟技术，常用的方法有：悬吊法、浮力法、静平衡法。悬吊法是一种被广泛使用的微重力模拟方法，其原理是通过桁架、绳索、滑轮组等机构组成悬吊系统，利用绳索拉力来平衡物体重力。浮力法是利用液体浮力来抵消重力，将装置置于液体中通过调节浮力大小实现随动平衡。静平衡法是利用弹簧弹性势能补偿装置重力势能的原理实现，两者的势能总和保持不变进而实现微重力模拟。
[0004]然而，在现有的微重力被动模拟装置中，悬吊法精度不高、占用空间大，容易产生干涉、影响实验精度；浮力法有着严格的密封要求，需要提前对设备进行整体防水处理，对机构的加工制造及电路系统要求大大增加，维护成本极高，且液体环境中不便于进行后续实验研究；静平衡法虽然避免了上述弊端，但是只能根据单一负载进行特定尺寸设计，若负载重力发生变化，则需重新调整整体结构及对应尺寸。
[0005]这些不仅直接影响到重力平衡装置本身的力学性能，也限制了空间机构的测试与优化。
技术实现思路
[0006]本申请要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而设计一种适用于空间对接模拟的重力平衡装置，能够在空间对接场景中实现负载重力的平衡抵消，同时，当任意改变负载重量时，所设计的装置无需进行额外的尺寸修改与参数设计，能够满足不同重量的机构测试，确保空间环境地面模拟装置的高效性与可靠性。
[0007]为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，包括基座、主臂、起升滑轮组、补偿滑轮组和绳索；
其中，所述主臂的第一端在第一铰接点与所述基座铰接，所述主臂上固定设置一支臂；所述起升滑轮组包括起升定滑轮和起升动滑轮，其中，起升定滑轮固定在所述主臂的第二端，所述起升动滑轮用于承载负载；所述补偿滑轮组包括补偿定滑轮和补偿动滑轮，其中所述补偿定滑轮设置在所述基座顶端，所述补偿动滑轮设置在所述支臂上；所述绳索绕接所述补偿定滑轮和补偿动滑轮，再绕接所述起升定滑轮和起升动滑轮，所述绳索一端固定在基座上，另一端固定在所述主臂上。
[0008]在一个实施方案中，所述一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置还包括驱动机构，所述驱动机构与所述主臂连接，通过驱动主臂转动实现负载的水平移动。
[0009]在一个实施方案中，所述驱动机构为一个丝杠或者电动推杆。
[0010]在一个实施方案中，补偿定滑轮相比于第一铰接点的水平距离是主臂长度的0.2以内，并且相对于所述第一铰接点可以位于所述负载一侧，或者背离负载一侧；所述补偿定滑轮相比于第一铰接点的竖直距离是主臂长度的0.1
‑
0.6范围内；补偿动滑轮到主臂的垂直距离为主臂长度的0.15以内，补偿动滑轮到第一铰接点的距离在主臂的投影长度为主臂长度的0.4
‑
1；所述补偿滑轮组与所述起升滑轮组的倍率比在1
‑
5范围内。
[0011]在一个实施方案中，补偿定滑轮相比于第一铰接点的水平距离是主臂长度的0.008，且位于第一铰接点的背离负载的方向；所述补偿定滑轮相比于第一铰接点的竖直距离是主臂长度的0.226；补偿动滑轮到主臂的垂直距离为主臂长度的0.094。
[0012]在一个实施方案中，所述补偿滑轮组与起升滑轮组的倍率比值为4。
[0013]在一个实施方案中，补偿滑轮组的倍率为4，起升滑轮组的倍率为1，或者补偿滑轮组的倍率为8，起升滑轮组的倍率为2。
[0014]本申请还提供一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，包括基座、主臂、起升定滑轮、补偿滑轮组和绳索；其中，所述主臂的第一端在第一铰接点与所述基座铰接，所述主臂上固定设置一支臂；所述起升定滑轮固定在所述主臂的第二端；所述补偿滑轮组包括补偿定滑轮和补偿动滑轮，其中所述补偿定滑轮设置在所述基座顶端，所述补偿动滑轮设置在所述支臂上；所述绳索绕接所述补偿定滑轮和补偿动滑轮，在绕接所述起升定滑轮之后，一端用于与负载连接，所述绳索的另一端与所述支臂固定连接；其中，所述补偿滑轮组的倍率为4。
[0015]在一个实施方案中，所述一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置还包括驱动机构，所述驱动机构与所述主臂连接，通过驱动主臂转动实现负载的水平移动。
[0016]在一个实施方案中，补偿定滑轮相比于第一铰接点的水平距离是主臂长度的0.008，且位于第一铰接点的背离负载的方向；所述补偿定滑轮相比于第一铰接点的竖直距离是主臂长度的0.226；补偿动滑轮到主臂的垂直距离为主臂长度的0.094。
[0017]本申请的效果如下：1、原理创新。本申请采用一种全新的原理实现重力平衡效果，即利用补偿滑轮组
和起升滑轮组之间的耦合内力，通过改变绳索拉力的大小和方向，实现主臂任意角度下的负载重力平衡。
[0018]2、无级变载。本申请不受限于负载重力影响，可以实现负载的无级调节，并不影响机构的重力平衡效果。
[0019]3、调节范围大。本申请调节范围大，在主臂旋转角度30
°
至70
°
之间均具有极好的重力平衡效果，最大偏差不超过1.5
‰
，能够满足微重力模拟的实验需求。
附图说明
[0020]图1为本申请重力平衡装置机构结构图；图2为本申请重力平衡装置机构第一角度下原理图；图3为本申请重力平衡装置机构第二角度下原理图；图4为本申请另一实施方案重力平衡装置机构原理图；图5为本申请另一实施方案重力平衡装置机构结构图；图6为本申请另一实施方案重力平衡装置机构局部结构图（去掉支架202后）；图7为本申请另一实施方案投影D与起升定滑轮C重合时的机构结构图；图8为本申请另一实施方案重力平衡装置机构受力分析图；图9为本申请重力平衡装置机构倾斜过程中合力在X轴方向和Y轴方向的分力大小；图10为本申请重力平衡装置机构倾斜过程中合力的角度偏差的大小；图11为本申请重力平衡装置机构优本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，其特征在于：包括基座、主臂、起升滑轮组、补偿滑轮组和绳索；其中，所述主臂的第一端在第一铰接点与所述基座铰接，所述主臂上靠近第二端的位置固定设置一支臂；所述起升滑轮组包括起升定滑轮和起升动滑轮，其中，起升定滑轮固定在所述主臂的第二端，所述起升动滑轮用于承载负载；所述补偿滑轮组包括补偿定滑轮和补偿动滑轮，其中所述补偿定滑轮设置在所述基座顶端，所述补偿动滑轮设置在所述支臂上；所述补偿动滑轮位于所述起升定滑轮的上方；所述绳索绕接所述补偿定滑轮和补偿动滑轮，再绕接所述起升定滑轮和起升动滑轮，所述绳索一端固定在基座上，另一端固定在所述主臂上。2.根据权利要求1所述的适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，其特征在于：所述一种适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置还包括驱动机构，所述驱动机构与所述主臂连接，通过驱动主臂转动实现负载的水平移动。3.根据权利要求2所述的适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，其特征在于：所述驱动机构为一个丝杠或者电动推杆。4.根据权利要求1所述的适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，其特征在于：补偿定滑轮相比于第一铰接点的水平距离是主臂长度的0.2以内，并且相对于所述第一铰接点位于所述负载一侧或者背离负载一侧；所述补偿定滑轮相比于第一铰接点的竖直距离是主臂长度的0.1
‑
0.6范围内；补偿动滑轮到主臂的垂直距离为主臂长度的0.15以内，补偿动滑轮到第一铰接点的距离在主臂的投影长度为主臂长度的0.4
‑
1范围内；所述补偿滑轮组与所述起升滑轮组的倍率比在1
‑
5范围内。5.根据权利要求1所述的适用于空间对接模拟的无级变载重力平衡装置，其特征在于：补偿定滑轮相比于...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘世伟，薛渊，陆一凡，王智海，陶思源，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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