一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统技术方案

本发明专利技术提供了一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统，主被动混合驱动，且采用多级悬吊的方式很大程度上提高了系统运动的灵活性，旨在满足空间机械臂、月球车等复杂多自由度航天器的地面实验需求；包括主体框架，所述主体框架为杆体搭建的框架结构，所述主体框架通过多个支腿稳定支撑起顶部的吊索驱动系统和多级运动系统；所述主体框架上还安装有控制柜，所述控制柜用于控制吊索驱动系统和多级运动系统的动作。动系统的动作。动系统的动作。

【技术实现步骤摘要】
一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统


[0001]本专利技术属于航空航天微低重力模拟、机械工程等
，具体涉及一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统。

技术介绍

[0002]我国载人航天工程发展迅速，空间站建设、在轨建造、在轨维护等需要更多的宇航员进入太空；国际上NASA宣布了载人登陆火星计划，SpaceX推出私人运载与星际旅行计划等，人类的活动逐步拓展到太空。在地面模拟微低重力环境进行空间机械臂、月球车等复杂多自由度航天器的地面实验设计尤为重要，因此，我国迫切需要面向微低重力模拟实验的技术和器械。目前常用的抛物线飞行法、中性浮力法、气浮法等都不同程度地存在成本高、持续时间短、液体阻力大、空间运动受限等缺点。而悬吊法通过给卸载目标施加若干通过其质心的集中力来抵消全部或部分重力，更为重要的是可以实现复杂的三维空间运动，是目前相对理想的面向复杂多体目标的卸载方法。但是现有的悬吊系统大都采用单索或少索方案，在面向复杂多体目标的进行重力卸载时往往需要采用多吊索的形式，过多的吊索会导致顶部随动机构繁杂相互干涉严重影响卸载目标的运动空间。本专利技术针对以上问题设计了一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统，采用多级悬吊的方式很大程度上提高了系统运动的灵活性。

技术实现思路

[0003]基于上述技术问题，本专利技术针对以上问题设计了一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统，主被动混合驱动，且采用多级悬吊的方式很大程度上提高了系统运动的灵活性，旨在满足空间机械臂、月球车等复杂多自由度航天器的地面实验需求。
[0004]一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统，其特征在于，包括主体框架，所述主体框架为杆体搭建的框架结构，所述主体框架通过多个支腿稳定支撑起顶部的吊索驱动系统和多级运动系统；
[0005]所述多级运动系统包括水平二自由度随动系统与局部随动系统，所述相互水平二自由度随动系统包括平行的设置在主体框架顶部的同步带轨道一和同步带轨道三，所述同步带轨道一和同步带轨道三上安装有同步带轨道二，所述同步带轨道的两端分别可滑动地安装在同步带轨道一和同步带轨道三上，所述同步带轨道一的端部设置有驱动器一，所述同步带轨道三的端部设置有驱动器三，所述驱动器一和驱动器三共同作用驱动同步带轨道二沿同步带轨道一和同步带轨道三的长度方向滑动；所述同步带轨道二端部设置有驱动器二，所述驱动器二驱动安装在同步带轨道二上，驱动滑块一沿着轨道二的长度方向滑动；
[0006]所述同步带轨道一上设置有滑块二，所述同步带轨道三上设置有滑块三，所述同步带轨道二的两端通过滑块二和滑块三可滑动地安装在同步带轨道一和同步带轨道三上；所述同步带轨道二上滑动安装有滑块一，所述吊索驱动系统固定安装在滑块一上。所述驱动器一、驱动器二和驱动器三的安装结构相同，均包括驱动电机、减速机、减速机支架，所述
驱动电机的输出轴连接减速机，所述减速机通过减速机支架固定安装在相应的同步带轨道上。
[0007]局部随动系统安装在二自由度随动系统的滑块一上，可通过滑块一的运动实现局部随动系统的二自由度平动。
[0008]所述局部随动系统包括主吊索驱动系统和副吊索驱动系统，所述副吊索驱动系统下方安装连接结构；
[0009]所述主吊索驱动系统包括主电机、扩展支架、安装板、主卷筒、导轮，所述扩展支架可滑动的安装在同步带轨道二上，所述主电机通过主电机安装座固定安装在扩展支架上，所述安装板固定安装在扩展支架上，且安装板上设置拍摄装置，所述拍摄装置包括相机一和相机二，所述相机一和相机二分别设置在安装板的左右端部；所述主电机的输出轴带动主卷筒转动，所述主卷筒通过锁紧环固定锁定在主电机的输出轴上，所述锁紧环通过锁紧螺钉与主卷筒固定安装；所述锁紧环的内部为锥形圆柱面，主卷筒内侧为圆周阵列的悬臂曲梁结构，曲梁的端部为部分圆环，多个这样的部分圆环圆周阵列行程了离散的完整且具备一定变形能力的圆环结构，圆环结构的外侧为与锁紧环内壁锥度一样的圆锥面用于与锁紧环配合，内部为圆柱面与电机输出轴配合；所述锁紧环通过拧动锁紧螺钉，可通过内部的锥面将主卷筒内部的离散圆筒结构压紧在电机轴上；所述导轮通过导轮安装座安装在扩展支架上，且所述导轮的位置使得主吊索从主卷筒垂下后在导轮导向作用下从相机一和相机二的水平中间位置处向下垂下；相机一和相机二可组成双目视觉测量系统，测量定位视野内各吊索上下端相对于主吊索驱动系统的相对位置，作为控制系统判断吊索是佛数值的控制依据；由于主卷筒转动过程中主锁会相对主卷筒发生卷绕，导致主吊索相对主吊索驱动系统发生偏移，因此导轮将主吊索的上端出口固定。主吊索系统通过对主吊索的收放可实现副吊索系统竖直方向的运动。
[0010]所述副吊索驱动系统包括多个副吊索驱动系统模块，所述副吊索驱动系统模块包括顶部支架，顶部支架的两侧对称式设置有平行四边形连杆机构，两个平行四边形连杆机构的端部通过副电机安装座各安装有一个副电机，所述副电机的输出轴固定安装副卷筒，所述副卷筒上缠绕有副吊索；所述主吊索下方悬挂安装第一副吊索驱动系统模块，第一副吊索驱动系统模块两端的副吊索下方均悬挂安装有第二副吊索驱动系统模块，两个第二副吊索驱动模块两端的副吊索下方分别悬挂有连接结构。
[0011]两个平行四边形连杆机构之间铰接有微型电缸，所述微型电缸通过伸缩以改变两个平行四边形连杆机构之间的夹角，从而改变两端副吊索的相对距离。两个平行四边形连杆机构的长度可以根据副吊索驱动系统模块两端吊索的拉力大小进行设计，行程等力矩模式保证两个平行四边形连杆机构与副吊索驱动系统模块顶部保持竖直的吊索夹角时刻相等。多个副吊索驱动系统模块可通过串并联的方式在最下端扩展出任意数量的副吊索满足任意多体目标的悬吊需求。
[0012]所述连接结构包括低刚度弹性体、拉力传感器和连接器，所述副吊索连接在低刚度弹性体上方，所述连接器通过拉力传感器悬挂连接在低刚度弹性体下方。所述低刚度弹性体由多个低刚度单元连接而成，所述低刚度单元为弹性钢板拼合成的截面呈四角星的结构，该四角星结构的四个凹陷处均设置有连接板，通过连接板将多个低刚度单元彼此连接成多排多列的力缓冲结构，所述力缓冲结构包括并列连接的多个。低刚度单元变形中可形
成负刚度，对低刚度单元的角度、板厚等参数进行调整可形成一系列正负刚度特性不同的低刚度单元，这些低刚度单元通过串并联组合连接成为刚度可参数化设计的低刚度弹性体满足控制系统的抗扰动控制的需求。
[0013]本专利技术技术方案的优点在于：
[0014]1、本专利技术针对多体目标重力卸载过程中自由度多的特征，将目标的运动分解为整体平动与姿态调整的局部运动两类，分别采用水平二自由度随动系统与主吊索驱动系统实现目标整体平动，然后采用副吊索驱动系统实现目标的姿态调整局部运动，使悬吊运动系统的很大程度上得到了简化。
[0015]2、副吊索驱动系统可采用多个模块可通过串并联的方式在最下端扩展出任意数量的副吊索满足任意多体目标的悬吊需求。均采用主动控制的模式相对于被动系统提高的运动控制精度。
[0016]3、低刚度弹性体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向复杂多体目标的微低重力模拟系统，其特征在于，包括主体框架，所述主体框架为杆体搭建的框架结构，所述主体框架通过多个支腿稳定支撑起顶部的吊索驱动系统和多级运动系统；所述多级运动系统包括相互平行的设置在主体框架顶部的同步带轨道一和同步带轨道三，所述同步带轨道一和同步带轨道三上安装有同步带轨道二，所述同步带轨道的两端分别可滑动地安装在同步带轨道一和同步带轨道三上，所述同步带轨道一的端部设置有驱动器一，所述同步带轨道三的端部设置有驱动器三，所述驱动器一和驱动器三共同作用驱动同步带轨道二沿同步带轨道一和同步带轨道三的长度方向滑动；所述同步带轨道二端部设置有驱动器二，所述驱动器二驱动安装在同步带轨道二上的吊索驱动系统沿同步带轨道二的长度方向滑动；所述吊索驱动系统包括主吊索驱动系统和副吊索驱动系统，所述副吊索驱动系统下方安装连接结构；所述主吊索驱动系统包括主电机、扩展支架、安装板、主卷筒、导轮，所述扩展支架可滑动的安装在同步带轨道二上，所述主电机通过主电机安装座固定安装在扩展支架上，所述安装板固定安装在扩展支架上，且安装板上设置拍摄装置，所述拍摄装置包括相机一和相机二，所述相机一和相机二分别设置在安装板的左右端部；所述主电机的输出轴带动主卷筒转动；所述导轮通过导轮安装座安装在扩展支架上，且所述导轮的位置使得主吊索从主卷筒垂下后在导轮导向作用下从相机一和相机二的水平中间位置处向下垂下；所述副吊索驱动系统包括多个副吊索驱动系统模块，所述副吊索驱动系统模块包括顶部支架，顶部支架的两侧对称式设置有平行四边形连杆机构，两个平行四边形连杆机构的端部通过副电机安装座各安装有一个副电机，所述副电机的输出轴固定安装副卷筒，所述副卷筒上缠绕有副吊索；所述主吊索下方悬挂安装第一副吊索驱动系统模块，第一副吊索驱动系统模块两端的副吊索下方均悬挂安装有第二副吊索驱动系统模块，两个第二副吊索驱动模块两端的副吊索下方分别悬挂有连接结构。2.根据权利要求1所述的面向复杂多体目标的微低重力模拟系...

【专利技术属性】
技术研发人员：何柏岩，肖乐园，焦彪彪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：