一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车制造技术

本发明专利技术公开的一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车，属于航天机械结构领域。本发明专利技术包括重力卸载子系统、智能跟随子系统、气源组件和测控子系统。本发明专利技术利用智能跟随气浮车的上层气足、下层气足和麦克纳姆车实现跟随大型空间展开机构的运动。本发明专利技术采用丝杠和麦克纳姆车实现智能跟随气浮车的主动模式，减小大型空间展开机构随动工装的质量，进而减小附加阻力和附加阻力矩，提高地面微重力模拟实验的精度。本发明专利技术采用组合托架、气浮导轨、配重箱的协同作用实现大型空间展开机构在竖直方向运动的零重力卸载，此外还在配重箱及组合托架部位布设缓冲装置，减小智能跟随气浮车在跟随运动过程中的震动，具有运动平稳、卸载效率高的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车


[0001]本专利技术涉及一种智能跟随气浮车，具体涉及一种三维空间智能跟随功能的气浮车，属于航天机械结构领域。

技术介绍

[0002]随着空间科学技术的不断发展，无论是近地导航还是深空探测，航天器的研发频率越来越高，系统功能越来越复杂，验证新技术新方案的频次越来越多。然而，航天器的技术风险性高、系统功能复杂、发射成本较高、试验失败损失较大，为了尽可能降低航天器发生故障或失效造成的损失，保证航天器的高可靠性尤为重要。因此，在地面进行尽可能多的基于空间环境的试验模拟是发射任务成功的基本保障。其中较为关键的是地面模拟微重力环境，目前可大致分为地面托举式和悬吊式两种方案。
[0003]悬吊式方案虽然布置起来更加灵活，但是对于大型空间展开机构往往存在尺寸大，运动复杂的特点。为了满足这类展开机构的展开需要，悬吊式方案需要加工大型磁性基座成本高昂显得较不适宜。若直接采用大型气浮平台尺寸必须足够大，往往需要多块小型平台拼装组成，这对平台的加工和安装均提出了苛刻的技术要求，并且在相邻两块小型平台的接缝处容易产生卡滞现象，影响待试验机构的正常运动。为了满足大型空间展开机构复杂运动的需要，其随动工装一般结构复杂且质量过大，有时甚至为展开机构自身质量的数倍以上，这必然会对展开机构引入较大的附加阻力和附加阻力矩，严重影响试验的精度和准确性。因此，有必要设计一种智能跟随气浮车以解决上述问题。本专利技术是专利技术专利[空间智能跟随气浮台，申请号：201010257031.7]的后续专利。依附于先前专利，在上一代空间智能跟随气浮台基础功能的要求下进行了升级改造，设计了一种智能跟随气浮车以满足大型空间展开机构的实验要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的如下问题：(1)加工大型气浮平台或大型磁性基座成本高昂；(2)小型气浮平台拼接在接缝处容易出现卡滞；(3)随动工装结构比较复杂且质量过大给大型空间展开机构引入较大的附加阻力和附加阻力矩，严重影响地面微重力模拟实验的精度。本专利技术主要目的是提供一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车，能够在三维空间上智能跟随大型空间展开机构的运动，从而抵消被测实验对象的重力。本专利技术无需加工大型气浮平台或磁性基座，既能够满足在地面实验室环境下模拟外层空间力学环境的要求，又不会对展开机构引入过多的附加阻力及附加阻力矩，提高大型空间展开机构地面试验的精度和准确性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车，包括重力卸载子系统、智能跟随子系统、气源组件和测控子系统。
[0007]智能跟随子系统包括气浮板后限位条、倾角传感器、气浮板前限位条、支撑辊子、
激光传感器转接板、激光传感器、激光传感器安装板、激光传感器遮光板、上层气足限位块、上层气足、上层力传感器转接工装、上层力传感器、组合托架、丝杠升降台、麦克纳姆车、气浮支撑平台、气浮支撑平台加强筋、下层力传感器、下层力传感器转接工装、下层气足、丝杠、手摇轮、前光轴安装条、麦克纳姆车电气接口、麦克纳姆轮、升降梁、铜套、气浮支撑平台光轴、麦克纳姆车弹簧、麦克纳姆车弹簧杆上盖、后光轴安装板。
[0008]重力卸载子系统包括定滑轮加强筋、大定滑轮、顶端上方加强筋、小定滑轮、顶端下方加强筋、绳索、气浮滑块、滚轮、组合托架防撞块、气浮导轨、立柱、立柱吊环、配重箱吊环、配重、配重限位块、配重箱弹簧杆端盖、竖直导轨连接板、配重箱弹簧、竖直导轨滑块、立柱后板、竖直导轨、配重箱防撞块。
[0009]气源组件包括空气过滤器、减压阀、油雾器和供气源。
[0010]测控子系统包括上位机即人机交互模块和下位机即智能跟随控制模块。
[0011]所述智能跟随子系统包含X1个支撑辊子，X1个支撑辊子对称安装在组合托架的上面，其中X1≥4。
[0012]所述智能跟随子系统包含X2个激光传感器遮光板，X2个激光传感器遮光板两两相互垂直的安装，其中X2≥2。
[0013]所述智能跟随子系统包含X3个激光传感器，X3个激光传感器通过激光传感器转接板固定在激光传感器安装板上面，其中X3≥3。测控子系统通过获取X3个激光传感器与激光传感器遮光板之间的距离，并进行计算得出平面内物体运动过程中的平移量和旋转量，再将平移量和旋转量解算转换为麦克纳姆车的驱动信号，从而带动智能跟随气浮车运动。所述麦克纳姆车内部包括电机、多级减速器、编码器、AD采集板、传动轴和控制模块。
[0014]所述激光测距的原理如下：
[0015]根据几何关系
[0016]d2‑
l2＝d
3 cosα
‑
l3+(d
3 sinα
‑
x
23
)tanθ
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0017]得出任意旋转角度
[0018][0019]其中：θ为组合托架旋转的任意角度，α为2号和3号激光传感器的安装角度，l2为2号激光传感器与1号激光传感器安装的垂直距离，l3为3号激光传感器与1号激光传感器安装的垂直距离，x
23
为2号激光传感器与3号激光传感器安装的水平距离。
[0020]所述智能跟随子系统包含X4套上层气足限位块、上层气足、上层力传感器转接工装和上层力传感器，其中X4≥3。上层力传感器、上层力传感器转接工装、上层气足按从下之上的顺序安装在组合托架的上面，为防止组合托架发生倾覆还设置了机械限位保护气浮板前限位条、气浮板后限位条和上层气足限位块，其中，气浮板前限位条和气浮板后限位条布置在组合托架的两侧。
[0021]所述智能跟随子系统包含X5套下层力传感器、下层力传感器转接工装和下层气足，其中X5≥3。下层气足、下层力传感器转接工装、下层力传感器按从下之上的顺序依次安装均固连在气浮支撑平台的气浮支撑平台加强筋上，气浮支撑平台的前端通过气浮支撑平台光轴和丝杠与麦克纳姆车相连。所述气浮支撑平台采用气浮原理利用下层气足将整个智能跟随气浮车从地面托起，使两者之间形成气膜，以达到零重力实验的目的。通过手摇轮调
节丝杠的上下运动控制麦克纳姆车的升降，进而实现智能跟随气浮车主动模式和被动模式的切换。其中被动模式需要调节手摇轮使麦克纳姆车升起脱离地面，智能跟随气浮车在下层气足的作用下浮于地面，被动跟随大型空间展开机构的运动而运动；主动模式需要调节手摇轮使麦克纳姆车与地面接触且还需与地面保持固定的预压力，以防止麦克纳姆车在跟随运动的过程中发生打滑现象，在主动模式下根据激光传感器的反馈信号，通过测控子系统解算转换为麦克纳姆车的驱动信号，进而驱动智能跟随气浮车主动跟随大型空间展开机构的运动。
[0022]所述测控子系统通过获取X4套上层力传感器和X5套下层力传感器的信号进行计算，并将计算后的数据回传到上位机，上位机实时显示接收到的数据并把数据存储到数据库中，通过对数据库中的数据进行分析可以得出大型空间展开机构的卸载效率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于大型空间展开机构的智能跟随气浮车，其特征在于：包括重力卸载子系统、智能跟随子系统、气源组件和测控子系统；智能跟随子系统包括气浮板后限位条(4.1)、倾角传感器(4.2)、气浮板前限位条(4.3)、支撑辊子(4.4)、激光传感器转接板(14.1)、激光传感器(14.2)、激光传感器安装板(14.3)、激光传感器遮光板(14.4)、上层气足限位块(15.1)、上层气足(15.2)、上层力传感器转接工装(15.3)、上层力传感器(15.4)、组合托架(10)、丝杠升降台(11)、麦克纳姆车(12)、气浮支撑平台(13.1)、气浮支撑平台加强筋(13.2)、下层力传感器(18.1)、下层力传感器转接工装(18.2)、下层气足(18.3)、丝杠(21.1)、手摇轮(21.2)、前光轴安装条(21.3)、麦克纳姆车电气接口(21.4)、麦克纳姆轮(21.5)、升降梁(21.6)、铜套(21.7)、气浮支撑平台光轴(21.8)、麦克纳姆车弹簧(21.9)、麦克纳姆车弹簧杆上盖(21.10)、后光轴安装板(21.11)；重力卸载子系统包括定滑轮加强筋(1.1)、大定滑轮(1.2)、顶端上方加强筋(1.3)、小定滑轮(1.4)、顶端下方加强筋(1.5)、绳索(2)、气浮滑块(3)、滚轮(5)、组合托架防撞块(6)、气浮导轨(7)、立柱(8)、立柱吊环(9)、配重箱吊环(16.1)、配重(16.2)、配重限位块(16.3)、配重箱弹簧杆端盖(16.4)、竖直导轨连接板(16.5)、配重箱弹簧(16.6)、竖直导轨滑块(16.7)、立柱后板(17)、竖直导轨(19)、配重箱防撞块(20)；气源组件包括空气过滤器、减压阀、油雾器和供气源；测控子系统包括上位机即人机交互模块和下位机即智能跟随控制模块；所述智能跟随子系统包含X1个支撑辊子(4.4)，X1个支撑辊子(4.4)对称安装在组合托架(10)的上面，其中X1≥4；所述智能跟随子系统包含X2个激光传感器遮光板(14.4)，X2个激光传感器遮光板(14.4)两两相互垂直的安装，其中X2≥2；所述智能跟随子系统包含X3个激光传感器(14.2)，X3个激光传感器(14.2)通过激光传感器转接板(14.1)固定在激光传感器安装板(14.3)上面，其中X3≥3；测控子系统通过获取X3个激光传感器(14.2)与激光传感器遮光板(14.4)之间的距离，并进行计算得出平面内物体运动过程中的平移量和旋转量，再将平移量和旋转量解算转换为麦克纳姆车(12)的驱动信号，从而带动智能跟随气浮车运动；所述麦克纳姆车(12)内部包括电机、多级减速器、编码器、AD采集板、传动轴和控制模块；所述智能跟随子系统包含X4套上层气足限位块(15.1)、上层气足(15.2)、上层力传感器转接工装(15.3)和上层力传感器(15.4)，其中X4≥3；上层力传感器(15.4)、上层力传感器转接工装(15.3)、上层气足(15.2)按从下之上的顺序安装在组合托架(10)的上面，为防止组合托架(10)发生倾覆还设置了机械限位保护气浮板前限位条(4.3)、气浮板后限位条(4.1)和上层气足限位块(15.1)，其中，气浮板前限位条(4.3)和气浮板后限位条(4.1)布置在组合托架(10)的两侧；所述智能跟随子系统包含X5套下层力传感器(18.1)、下层力传感器转接工装(18.2)和下层气足(18.3)，其中X5≥3；下层气足(18.3)、下层力传感器转接工装(18.2)、下层力传感器(18.1)按从下之上的顺序依次安装均固连在气浮支撑平台(13.1)的气浮支撑平台加强筋(13.2)上，气浮支撑平台(13.1)的前端通过气浮支撑平台光轴(21.8)和丝杠(21.1)与麦克纳姆车(12)相连；所述气浮支撑平台(13.1)采用气浮原理利用下层气足(18.3)将整个智
能跟随气浮车从地面托起，使两者之间形成气膜，以达到零重力实验的目的；通过手摇轮(21.2)调节丝杠(21.1)的上下运动控制麦克纳姆车(12)的升降，进而实现智能跟随气浮车主动模式和被动模式的切换；其中被动模式需要调节手摇轮(21.2)使麦克纳姆车(12)升起脱离地面，智能跟随气浮车在下层气足(18.3)的作用下浮于地面，被动跟随大型空间展开机构的运动而运动；主动模式需要调节手摇轮(21.2)使麦克纳姆车(12)与地面接触且还需与地面保持固定的预压力，以防止麦克纳姆车(12)在跟随运动的过程中发生打滑现象，在主动模式下根据激光传感器(14.2)的反馈信号，通过测控子系统解算转换为麦克纳姆车(12)的驱动信号，进而驱动智能跟随气浮车主动跟随大型空间展开机构的运动；所述测控子系统通过获取X4套上层力传感器(15.4)和X5套下层力传感器(18.1)的信号进行计算，并将计算后的数据回传到上位机，上位机实时显示接收到的数据并把数据存储到数据库中，通过对数据库中的数据进行分析可以得出大型空间展开机构的卸载效率；所述重力卸载子系统包含X6套小定滑轮(1.4)、大定滑轮(1.2)、配重箱吊环(16.1)和滚轮(5)，其中X6≥2；小定滑轮(...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓东，张天赐，雷海鸣，孙志成，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：