吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构及调整方法技术

本发明专利技术一种吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构及调整方法，其中，摆杆一端与摆轮轴心连接，摆杆另一端与卷筒轴心连接，卷筒上缠绕吊索一端，吊索另一端穿过摆轮的轮槽与需要控制拉力的工件相连接，卷筒与力矩电机的电机轴同轴安装，摆杆可绕电机轴摆动，摆轮的半径与卷筒的半径相同，吊索在卷筒上的出线点和在摆轮的入线点之间的一段平行于摆杆的轴线；摆杆上的铰接点与钢丝绳一端相连接，钢丝绳另一端穿过位于摆杆上方的绳轮而与拉簧一端连接；拉簧另一端与绳轮上座下端分别与支座连接；绳轮安装于绳轮上座上端。本发明专利技术是恒拉力控制子系统的重要组成部分，其可以实现在较大的拉力工作点附近，在较大缓冲运动范围内获得低的等效刚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及宇航机构低重力实验系统的张力模拟机构，特别涉及一种使用摆杆弹簧机构实现高精度吊索式低重力模拟的主动张力控制缓冲机构及调整方法。
技术介绍
空间机械臂、行星探测车等装置的工作情况和各项技术指标在研发过程中需要在地面环境下进行评估，为模拟机构未来真实工作所处的重力环境，需要低重力模拟实验系统。在地球重力环境下，模拟系统基本的工作原理是通过始终与重力方向平行的吊索提供所需恒拉力，抵消地球重力与期望重力之间的差值。低重力模拟系统包括恒拉力控制子系统、二维随动子系统和悬挂机构。悬挂机构用于分配拉力；二维随动子系统使吊索的上吊点跟踪被测工件运动，保持吊索与重力方向平行；恒拉力子系统用于保证吊索上所出拉力为指定值，能够抵消地球重力与期望重力的差值。 为了在地面模拟外行星或外层空间的低重力环境，需要研发相应的低重力模拟设备。吊索式低重力模拟设备是其中的重要一类。但由于一般吊索较长，受其挠性和分布参数的影响，致使控制系统带宽很难做得高；而从控制需求而言，吊索本身的弹性系数很大，毫米量级的长度拉伸或缩短即能引起张力数百牛顿的改变，因此要求控制系统反应快，带宽高。为弥合理论需求与实际能够达到的控制系统带宽之间的矛盾，需要使吊索上的弹性系数，即等效刚度降低。
技术实现思路
本专利技术的目的即是为解决上述问题而设计的一种使用摆杆弹簧机构实现高精度吊索式低重力模拟的主动张力控制缓冲机构及调整方法，该机构是恒拉力控制子系统的重要组成部分，其可以实现在较大的拉力工作点附近，在较大缓冲运动范围内获得低的等效刚度。为了达到上述目的，本专利技术提供一种吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其包括有摆杆，摆杆的一端与摆轮的轴心活动连接，摆杆的另一端与卷筒的轴心活动连接，卷筒上缠绕吊索的一端，所述吊索的另一端穿过摆轮的轮槽而与需要控制拉力的工件相连接，所述卷筒还与力矩电机的电机轴同轴安装，摆杆能够绕电机轴摆动，摆轮的半径与卷筒的半径相同，吊索在卷筒上的出线点和在摆轮的入线点之间的一段平行于摆杆的轴线；摆杆上设有铰接点，所述铰接点与钢丝绳的一端相连接，所述钢丝绳的另一端穿过位于摆杆上方的绳轮而与拉簧的一端连接；拉簧的另一端与绳轮上座的下端分别与支座连接；绳轮安装于绳轮上座的上端，且绳轮能够绕该绳轮的转轴旋转。所述的吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其中，绳轮上座的下端插入安装于支座上的绳轮上座滑套中，绳轮上座仅能沿绳轮上座滑套上下滑动，而不能旋转。所述的吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其中，绳轮上座的下端加工有安装在圆螺母中的螺纹，圆螺母被拉簧的预紧力压紧在支座的上支撑面上，旋转圆螺母用于推动绳轮的升降。所述的吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其中，支座设置有拉杆滑套，拉杆插入拉杆滑套中，拉簧一端连接在所述拉杆上，拉簧的另一端与钢丝绳的所述另一端相连接；拉杆只能沿拉杆滑套滑动，而不能旋转。所述的吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其中，拉杆远离拉簧的一端被加工成具有预定长度的丝杆，该丝杠与圆螺母配合，圆螺母被拉簧的预紧力压紧在支座的支撑面上，并通过锁紧螺丝锁紧。所述的吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其中，摆杆的一端通过滚动轴承与摆轮的轴心活动连接，摆杆的另一端通过滚动轴承与卷筒的轴心活动连接。本专利技术还提供一种吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，包括以下步骤 I)将摆杆的一端与摆轮的轴心活动连接，摆杆的另一端与卷筒的轴心活动连接，卷筒上缠绕吊索的一端；2)将所述吊索的另一端穿过摆轮的轮槽而与需要控制拉力的工件相连接，所述卷筒还与力矩电机的电机轴同轴安装，摆杆能够绕电机轴摆动，摆轮的半径与卷筒的半径相同，吊索在卷筒上的出线点和在摆轮的入线点之间的一段平行于摆杆的轴线；3)将摆杆上设有的铰接点与钢丝绳的一端相连接，所述钢丝绳的另一端穿过位于摆杆上方的绳轮而与拉簧的一端连接；4)将拉簧的另一端与绳轮上座的下端分别与支座连接；5)将绳轮安装于绳轮上座的上端，且绳轮能够绕该绳轮的转轴旋转。所述的吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，在步骤4中，绳轮上座的下端插入安装于支座上的绳轮上座滑套中，绳轮上座仅能沿绳轮上座滑套上下滑动，而不能旋转。所述的吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，绳轮上座的下端加工有安装在圆螺母中的螺纹，圆螺母被拉簧的预紧力压紧在支座的上支撑面上，旋转圆螺母用于推动绳轮的升降。所述的吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，支座设置有拉杆滑套，拉杆插入拉杆滑套中，拉簧一端连接在所述拉杆上，拉簧的另一端与钢丝绳的所述另一端相连接；拉杆只能沿拉杆滑套滑动，而不能旋转。 所述的吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，拉杆远离拉簧的一端被加工成具有预定长度的丝杆，该丝杠与圆螺母配合，圆螺母被拉簧的预紧力压紧在支座的支撑面上，并通过锁紧螺丝锁紧。所述的吊索式低重力模拟张力控制的调整方法，其中，摆杆的一端通过滚动轴承与摆轮的轴心活动连接，摆杆的另一端通过滚动轴承与卷筒的轴心活动连接。一般情况下，合理选择钢丝绳的长度，拉簧在初始安装时就被预紧到设定值。摆轮的半径与卷筒的半径相同，使无论摆杆在任何位置，吊索在卷筒上的出线点和在摆轮的入线点之间的一段始终平行于摆杆的中线。本专利技术还提供了适用于所述张力控制缓冲机构的等效刚度参数调节方法I.绳轮上座的调整由于摆杆。摆动范围内拉力工作点的变化范围有限，若其不能覆盖需要的拉力值时，需要调整绳轮上座。调整方法如下如需增大拉力，旋转圆螺母，使绳轮上座向上移动；反之则是减小拉力。一般拉簧弹性系数k较大，此调整为粗调。2.拉簧拉杆的调整拉杆的调整是对拉力中心工作点的微调。松开丝杆圆螺母上的固定螺栓，旋转圆螺母，可微调弹簧的预紧力，从而达到微调拉力中心工作点的目的。调整过程会使等效弹性系数受到小的影响，控制系统一般具有一定的鲁棒性，该调整不会影响系统的稳定性。附图说明图I所示为本专利技术一种吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构的示意图；图2摆轮受力示意图；图3摆杆受力简化示意图； 图4机构的静态特性示意图；图5工作点调整的机构示意图。附图标记说明1-吊索；2-摆轮；3-卷筒；4-摆杆；5_拉簧钢丝绳；6-绳轮；7-绳轮上座；8_绳轮上座螺纹；9_绳轮上座滑套；10_拉簧；11-拉杆滑套；12_丝杆；13_电机轴；14_拉杆圆螺母；15_支座圆螺母；16_力矩电机；17_锁紧螺丝；18_铰接点；19_支座；20-被测工件；21_拉杆；22_吊索在摆轮上的入线点；23_吊索在卷筒上的出线点；!\-摆轮轴对摆杆的作用力J-T1的分解(被控拉力)；&-钢丝绳在绳轮上的出线点；A2-摆轮轴心；A3-T平移到A2点的矢量端点；A4-T’平移到A2点的矢量端点；24_钢丝绳与拉簧连接点；25-钢丝绳与摆杆连接点。具体实施例方式有关本专利技术为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下首先如图I所示，其为吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构的示意图，其中，摆杆4的一端通过滚动轴承与摆轮2的轴心活动连接，使摆轮2可绕其轴心旋转；摆杆4的另一端通过滚动轴承与卷筒3的轴心活动连接，使卷筒3可绕其轴心旋转。卷筒3上缠绕吊索I的一端，所述吊索I的另一端穿过摆轮2的轮槽从而与需要控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吊索式低重力模拟张力控制缓冲机构，其特征在于，包括有摆杆，摆杆的一端与摆轮的轴心活动连接，摆杆的另一端与卷筒的轴心活动连接，卷筒上缠绕吊索的一端，所述吊索的另一端穿过摆轮的轮槽而与需要控制拉力的工件相连接，所述卷筒还与力矩电机的电机轴同轴安装，摆杆能够绕电机轴摆动，摆轮的半径与卷筒的半径相同，吊索在卷筒上的出线点和在摆轮的入线点之间的一段平行于摆杆的轴线；摆杆上设有铰接点，所述铰接点与钢丝绳的一端相连接，所述钢丝绳的另一端穿过位于摆杆上方的绳轮而与拉簧的一端连接；拉簧的另一端与绳轮上座的下端分别与支座连接；绳轮安装于绳轮上座的上端，且绳轮能够绕该绳轮的转轴旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卢鸿谦，尹航，成果达，黄显林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：