一种微重力实验重力调节控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微重力实验重力调节控制系统，包括微重力模拟子系统，用于为实验样本提供微重力环境；重力控制子系统，用于对微重力模拟子系统进行参数设置，通过参数设置对实验环境的重力进行调节；回转补偿子系统，用于在实验过程中对微重力模拟子系统进行外力补偿。本发明专利技术同时设置双轴回转器以及随机定位仪，可满足不同种类生物细胞的微重力实验研究，同时通过对实验过程进行参数调整以及外力补偿，满足实验样本在微重力环境中的重力需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种微重力实验重力调节控制系统


[0001]本专利技术属于重力控制
，特别是涉及一种微重力实验重力调节控制系统。

技术介绍

[0002]在微重力环境中，会出现无轻重、无上下、无沉浮、无对流等现象，此类现象为重力科学相关的各领域发展提供了良好的研究环境，利用空间微重力的环境特点，可制作出理想球状产品、溶菌酶等，因此开展微重力环境模拟实验存在重要意义。
[0003]在微重力环境模拟的仪器中，双轴回转器以及随机定位仪具有占用面积小、操作简单、性能稳定、可大批量进行细胞培养的优势，但上述设备的实验过程中也出现诸多问题，例如设备的运转参数设置往往依赖于过往经验，并且无法在实验过程中进行重力调节，导致重力环境无法同时满足不同种类的生物细胞，对实验结果造成偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种微重力实验重力调节控制系统，以解决上述现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种微重力实验重力调节控制系统，包括微重力模拟子系统、重力控制子系统、回转补偿子系统；
[0006]所述微重力模拟子系统用于为实验样本提供微重力环境；
[0007]所述重力控制子系统用于对所述微重力模拟子系统进行参数设置，通过参数设置对实验环境的重力进行调节；
[0008]所述回转补偿子系统用于在实验过程中对所述微重力模拟子系统进行外力补偿。
[0009]可选地，所述微重力模拟子系统包括双轴回转器以及随机定位仪，所述微重力模拟子系统根据力学分析设定转速，控制所述双轴回转器进行匀速旋转，使实验样本在每个旋转周期内的重力矢量和为0，实现重力矢量平均；
[0010]所述微重力模拟子系统还包括一个PC端，通过所述PC端生成随机移动轨迹，根据所述随机移动轨迹控制所述随机定位仪进行旋转。
[0011]可选地，所述双轴回转器包括基座、支撑架、外转动框架以及内转动框架，所述基座与所述支撑架相连接，所述支撑架用于支撑所述外转动框架，所述内转动框架固定于绕水平轴转动的外转动框上，与所述外转动框架进行相对转动，且所述外转动框架与所述内转动框架的转动轴互相垂直；
[0012]所述双轴回转器的转动模式包括内外转动框架以相同转速进行同向/反向匀速转动、内外转动框架以不同转速进行同向/反向匀速转动、内外转动框架以随机转速进行转动。
[0013]可选地，所述随机定位仪根据所述随机移动轨迹在X轴、Y轴、Z轴方向进行转动，且在转动过程中，通过所述PC端调用随机函数产生随机数值，根据所述随机数值进行模拟优化，筛选出两组最优随机转速序列，根据两组所述最优随机转速序列分别控制所述随机定
位仪的两轴转动；并且在转动过程中，使实验样本的运动轨迹覆盖所述随机定位仪的球面。
[0014]可选地，所述重力控制子系统分别对双轴回转器以及随机定位仪进行回转参数调节进而调节实验环境重力，通过对所述双轴回转器进行三维建模，获取双轴回转模型，对所述双轴回转模型构建三维直角坐标系，通过所述三维直角坐标系对双轴回转器的运动参数进行调节；
[0015]所述重力控制子系统根据实验样本的重力响应时间对所述随机定位仪的旋转角速度范围进行计算，根据所述旋转角速度范围获取所述随机定位仪转动的最小时间，根据所述最小时间对随机定位仪进行参数调节。
[0016]可选地，所述重力控制子系统根据所述三维直角坐标系获取所述双轴回转器的内转动框架的运动参数，将内转动框架的运动参数视为实验样本的实时运动参数，根据所述实时运动参数分别获取实验样本的角速度、旋转加速度以及重力加速度，根据实验环境的重力范围分别对所述角速度、旋转加速度、重力加速度设置阈值，根据设置的阈值对双轴回转器的运动参数进行调节。
[0017]可选地，所述重力控制子系统实时获取所述随机定位仪的双轴运转角速度，根据所述双轴运转角速度计算总角速度，根据所述总角速度计算双轴运转一周所需的最小时间，同时获取实验样本的最小重力响应时间，当所述最小时间大于实验样本的最小重力响应时间时，则对所述随机定位仪的双轴运转角速度进行调节。
[0018]可选地，所述回转补充子系统在实验过程中，根据实验样本的质量以及运动加速度构建重力平衡方程，根据所述重力平衡方程获取实验样本的运动状态，根据所述运动状态获取实际驱动力，同时根据实验要求构建实验样本的理想运动状态，并根据所述理想运动状态获取样本理想驱动力，对实验样本在运动过程中受到的摩擦力以及外部引力进行测量，根据所述实际驱动力、所述摩擦力、所述外部引力的总和计算与所述理想驱动力的受力差值，根据所述受力差值在实验过程中对所述微重力模拟子系统进行外力补偿。
[0019]本专利技术的技术效果为：
[0020]本专利技术通过设置双轴回转器以及随机定位仪满足不同种类生物细胞的微重力实验研究，并通过三维建模、参数计算，分别对两种实验仪器进行实时参数调节，最后计算实验样本的运动状态以及外部受力，设定理想运动状态，对实验过程进行外力补偿，满足实验样本在微重力环境中的重力需求。
附图说明
[0021]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0022]图1为本专利技术实施例中的微重力实验重力调节控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0023]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0024]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不
同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0025]实施例一
[0026]如图1所示，本实施例中提供一种微重力实验重力调节控制系统，包括微重力模拟子系统，用于为实验样本提供微重力环境；重力控制子系统，用于对微重力模拟子系统进行参数设置，通过参数设置对实验环境的重力进行调节；回转补偿子系统，用于在实验过程中对所述微重力模拟子系统进行外力补偿。
[0027]具体地：
[0028]微重力模拟子系统包括双轴回转器以及随机定位仪，微重力模拟子系统根据力学分析设定转速，控制双轴回转器进行匀速旋转，使实验样本在每个旋转周期内的重力矢量和为0，实现重力矢量平均；微重力模拟子系统还包括一个PC端，通过控制PC端生成随机移动轨迹，根据随机移动轨迹控制所述随机定位仪进行旋转。
[0029]作为本申请的一种较佳实施方式，双轴回转器包括基座、支撑架、外转动框架以及内转动框架，其中，基座与支撑架相连接，通过支撑架支撑外转动框架转动，内转动框架固定于绕水平轴转动的外转动框上，与外转动框架进行相对转动，外转动框架与内转动框架的转动轴互相垂直；双轴回转器的转动模式包括：内外转动框架以相同转速进行同向/反向匀速转动、内外转动框架以不同转速进行同向/反向匀速转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微重力实验重力调节控制系统，其特征在于，包括微重力模拟子系统、重力控制子系统、回转补偿子系统；所述微重力模拟子系统用于为实验样本提供微重力环境；所述重力控制子系统用于对所述微重力模拟子系统进行参数设置，通过参数设置对实验环境的重力进行调节；所述回转补偿子系统用于在实验过程中对所述微重力模拟子系统进行外力补偿。2.根据权利要求1所述的微重力实验重力调节控制系统，其特征在于，所述微重力模拟子系统包括双轴回转器以及随机定位仪，所述微重力模拟子系统根据力学分析设定转速，控制所述双轴回转器进行匀速旋转，使实验样本在每个旋转周期内的重力矢量和为0，实现重力矢量平均；所述微重力模拟子系统还包括一个PC端，通过所述PC端生成随机移动轨迹，根据所述随机移动轨迹控制所述随机定位仪进行旋转。3.根据权利要求2所述的微重力实验重力调节控制系统，其特征在于，所述双轴回转器包括基座、支撑架、外转动框架以及内转动框架，所述基座与所述支撑架相连接，所述支撑架用于支撑所述外转动框架，所述内转动框架固定于绕水平轴转动的外转动框上，与所述外转动框架进行相对转动，且所述外转动框架与所述内转动框架的转动轴互相垂直；所述双轴回转器的转动模式包括内外转动框架以相同转速进行同向/反向匀速转动、内外转动框架以不同转速进行同向/反向匀速转动、内外转动框架以随机转速进行转动。4.根据权利要求2所述的微重力实验重力调节控制系统，其特征在于，所述随机定位仪根据所述随机移动轨迹在X轴、Y轴、Z轴方向进行转动，且在转动过程中，通过所述PC端调用随机函数产生随机数值，根据所述随机数值进行模拟优化，筛选出两组最优随机转速序列，根据两组所述最优随机转速序列分别控制所述随机定位仪的两轴转动；并且在转动过程中，使实验样本的运动轨迹覆盖所述随机定位仪的球面。5.根据权利要求1所述的微重力实验重力调节控制系统，其特征在于，所述重力控制子系统分别对双轴回转器以及随机定...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚晓鹏，迟海鹏，张怀东，邢希学，
申请(专利权)人：北京戴纳实验科技有限公司，
类型：发明
国别省市：