(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利

(10)【授权公告号】CN110637511B
(45)【授权公告日】20181228

(21)【申请号】201518004702.2
(22)【申请日】20150827
(73)【专利权人】 上海宇航系统工程研究所 ; 【地址】 201109 上海市闵行区元江路3888号 ;
(72)【发明人】 李舒扬 ; 王宏 ; 翟佳蔚 ; 崔琦峰 ; 谭洪根 ; 李洪波 ; 王凯 ;
(74)【专利代理机构】上海航天局专利中心 31107【代理人】金家山 ;
(51)【Int.CI.】 B64G 7/00 (2006.01) ;
(56)【对比文件】 【审查员】

(54)【发明名称】平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构
(57)【摘要】本发明公开了一种在重力环境下的目标机构进行空间多维运动过程时,能够平衡目标机构重力影响,模拟在轨失重环境的随动机构,包括:悬臂摆动装置、重力平衡装置及转接装置。悬臂摆动装置包括:固定支架、长水平导轨、中水平导轨、短水平导轨、第一组花兰螺栓、第一组滑车组件;重力平衡装置包括:恒力弹簧、管型测力计、钢丝绳、第二组花兰螺栓。转接装置包括:第一弧形导轨、转动框架、第二弧形导轨、转接件、第二组滑车组件。

【权利要求书】


1.平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构,其特征在于,包括:悬臂摆动装置(1)、重力平衡装置(2)、转接装置(3);所述悬臂摆动装置(1)包括:固定支架(101)、分别通过第一组花兰螺栓(105)连接于固定支架(101)的长水平导轨(102)、中水平导轨(103)、短水平导轨(104)、可滑动安装于各导轨的第一组滑车组件(106);所述重力平衡装置(2)包括:第一恒力弹簧(2011)、第二恒力弹簧(2012)、管型测力计(202)、第一钢丝绳(2031)、第二钢丝绳(2032)、第三钢丝绳(2033)和第二花兰螺栓(204);所述转接装置(3)包括:第一弧形导轨(301)、转动框架(302)、第二弧形导轨(303)、转接件(304)、第二组滑车组件(305);所述第一钢丝绳(2031)一端通过第一恒力弹簧(2011)与安装于长水平导轨的第一组滑车组件连接,另一端连接第二组滑车组件(305);所述第二钢丝绳(2032)一端通过第二恒力弹簧(2012)与安装于中水平导轨的第一组滑车组件连接,另一端连接第二组滑车组件(305);所述第三钢丝绳(2033)一端通过管型测力计(202)与安装于短水平导轨的第一组滑车组件连接,另一端连接转接件(304),短水平导轨(104)下端自上而下安装重力平衡装置中的管型测力计(202)、第三钢丝绳(2033)、第二花兰螺栓(204);转接装置(3)中转动框架(302)与目标机构驱动终端连接,转动轴线通过驱动终端理论质心,转动框架(302)上端与第一弧形导轨(301)连接,第一弧形导轨(301)圆心与驱动终端理论质心同心,长水平导轨(102)下端的第二组滑车组件在第一弧形导轨(301)上滑动;转接装置(3)中第二弧形导轨(303)与目标机构中二轴运动机构连接,第二弧形导轨(303)圆心与二轴运动机构质心同心,中水平导轨下端的第二组滑车组件在第二弧形导轨(303)上滑动;转接件(304)上端连接第三钢丝绳(2033),下端连接目标机构展开臂,并保证第三钢丝绳(2033)延长线穿过展开臂质心。

2.依据权利要求1所述的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构,其特征在于,目标机构包括:机构压紧装置、展开臂、二轴运动机构和驱动终端4部分,目标机构运动时,每部分结构稳定,质心不会发生相对偏移;初始状态时,目标机构收拢在压紧装置上,目标机构解锁后,由根部展开臂运动到一定角度并锁定;锁定到位后,由二轴运动机构的X、Y运动轴带动驱动终端进行多维运动。

3.依据权利要求2所述的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构,其特征在于,第二弧形导轨(303)以二轴运动机构理论质心为圆心,当目标机构驱动X运动轴运动时,中水平导轨(103)下端吊挂点的延长线在第二组滑车组件(305)的随动下始终指向二轴运动机构理论质心,对机构无附加力矩。

4.依据权利要求2所述的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构,其特征在于,第一弧形导轨以驱动终端理论质心为圆心,转动框架回转轴线穿过驱动终端理论质心,当目标机构驱动X、Y运动轴运动时,长水平导轨(102)下端吊挂点的延长线在第二组滑车组件的随动下始终指向驱动终端理论质心,对机构无附加力矩。

【说明书】


平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构

【0001】技术领域

【0002】本发明涉及飞行器地面试验领域,特别涉及平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构。

【0003】背景技术

【0004】在航天工业中,一些空间结构机构产品在地面试验中需要失重环境,如应用较多的太阳电池阵产品,其运动轨迹为在平面内的二维运动,地面试验时可以利用吊挂、气浮等方式抵消其所受重力影响。近年来,随着数传中继技术在卫星上应用的增多,其机构空间三维的运动轨迹为消除地面试验的重力影响带来了一定的难度,本发明旨在通过发明一种具有结构灵活、多自由度、阻力小、重力卸载量精确特点的新型随动机构,实现目标机构在地面试验过程中的微重力条件。

【0005】发明内容

【0006】本发明解决的问题是现有技术无法实现目标结构在地面试验过程中的微重力条件;为解决所述问题,本发明提供一种平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构。

【0007】本发明提供的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构包括:悬臂摆动装置、重力平衡装置、转接装置;所述悬臂摆动装置包括:固定支架、分别通过第一组花兰螺栓连接于固定支架的长水平导轨、中水平导轨、短水平导轨、可滑动安装于各轨道的第一组滑车组件;所述重力平衡装包括:第一恒力弹簧、第二恒力弹簧、管型测力计、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第三钢丝绳和第二花兰螺栓;所述转接装置包括:第一弧形导轨、转动框架、第二弧形导轨、转接件、第二滑车组件;所述第一钢丝绳一端通过第一恒力弹簧与安装于长水平导轨的滑车组件连接,另一端连接第二滑车组件;所述第二钢丝绳一端通过第二恒力弹簧与安装于中水平导轨的滑车组件连接,另一端连接第二滑车组件;所述第三钢丝绳一端通过管型测力计与安装于短水平导轨的滑车组件连接,另一端连接转接件。

【0008】进一步,目标机构包括:机构压紧装置、展开臂、二轴运动机构和驱动终端4部分,目标机构运动时,每部分结构稳定,质心不会发生相对偏移。初始状态时,目标机构收拢在压紧装置上,目标机构解锁后,由根部展开机构运动到一定角度并锁定;锁定到位后,由二轴运动机构的X、Y运动轴带动驱动终端进行多维运动。

【0009】进一步,所述转动框架与目标机构驱动终端连接,转动框架上端与第一弧形导轨连接,第一弧形导轨圆心与驱动终端理论质心同心,第二组滑车组件(305)在第一、第二弧形导轨上滑动;转接件上端连接第三钢丝绳,下端连接目标机构展开臂,并保证第三钢丝绳延长线穿过展开臂质心。

【0010】进一步,第一弧形导轨以驱动终端理论质心为圆心,转动框架回转轴线穿过驱动终端理论质心,当目标机构驱动X、Y轴运动时,长水平导轨下端吊挂点在第二滑车组件的带动下其延长线始终指向理论质心,对机构无附加力矩。

【0011】进一步,第二弧形导轨以二轴运动机构理论质心为圆心,当目标机构驱动X轴运动时,中水平导轨下端吊挂点在第二滑车组件的带动下其延长线始终指向理论质心,对机构无附加力矩心。

【0012】进一步,当机构完成第一步展开运动后,展开臂处于锁定状态,通过第二花兰螺栓的伸长或缩短可以调节管型测力计读数,以确保重力平衡量与展开臂质量相同。

【0013】本发明的优点包括:

【0014】在地面试验中,将空间多维运动机构按运动轴分解成若干结构,通过吊挂的方式,分别平衡各结构所受重力,为充分考核空间多维运动机构在轨运动可靠性、展开重复精度、展开角度偏差及二轴运动机构的工作特性提供一个微重力、小阻力环境。

【0015】附图说明

【0016】图1为本发明实施例提供的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构的结构示意图;

【0017】图2为本发明实施例提供的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构与目标机构连接安装示意图;

【0018】图3为试验过程中随动机构跟随目标机构展开后的示意图

【0019】图4位本发明实施例中的目标机构结构示意图。

【0020】具体实施方式

【0021】下面结合图例对发明的技术方案进行详细说明:

【0022】如图1所示,本发明实施例提供的平衡空间展开及多维运动机构重力影响的随动机构包括:悬臂摆动装置1、重力平衡装置2、转接装置3;悬臂摆动装置1包括:固定支架101、长水平导轨102、中水平导轨103、短水平导轨104、第一组花兰螺栓105、第一组滑车组件106;重力平衡装置2包括:第一恒力弹簧2011、第二恒力弹簧2012、管型测力计202、钢丝绳2031、钢丝绳2032、钢丝绳2033、第二花兰螺栓204。

【0023】转接装置3包括:第一弧形导轨301、转动框架302、第二弧形导轨303、转接件304、第二滑车组件305。

【0024】结合参考图2至图4所示,随动机构与目标机构按照如下要求集成:

【0025】a)目标机构安装在固定装置(如模拟墙等)上,机构根部展开轴与重力方向平行。悬臂摆动装置1中的固定支架101刚性连接在一定高度装置(如桁架等)上,中心轴线与目标机构根部展开轴同轴;

【0026】b)长水平导轨102、中水平导轨103、短水平导轨104、自上而下连接在固定支架101回转轴上,由第一组花兰螺栓105加强水平导轨刚度并调节水平度,第一组滑车组件106可在水平导轨上低阻力滑行;

【0027】c)长水平导轨102下端自上而下安装第一恒力弹簧2011、第一钢丝绳2031,中水平导轨103下端自上而下安装第二恒力弹簧201、第二钢丝绳2032,短水平导轨104下端自上而下安装重力平衡装置中的管型测力计202、第三钢丝绳2033、第二花兰螺栓204;

【0028】d)转接装置3中转动框架302与目标机构驱动终端连接,转动轴线通过驱动终端理论质心,转动框架上端与第一弧形导轨301连接,弧形导轨圆心与驱动终端理论质心同心,长水平导轨下端的滑车组件在第一弧形导轨301上滑动;

【0029】e)转接装置3中第二弧形导轨303与目标机构中二轴运动机构连接,弧形导轨圆心与二轴运动机构质心同心,中水平导轨下端的滑车组件在第二弧形导轨2上滑动;

【0030】f)转接件304上端连接第三钢丝绳2033下端连接目标机构展开臂,并保证钢丝绳延长线穿过展开臂质心;

【0031】g)恒力弹簧特性为在伸长范围内,其拉力值恒定。第一恒力弹簧拉力与驱动终端以及其转接装置理论总质量相同,第二恒力弹簧拉力与二轴运动机构以及其转接装置理论总质量相同;通过花兰螺栓调节管型测力计202读数,确保与目标机构展开臂及其转接装置理论总质量相同;

【0032】如图3所示,随动机构与目标机构集成后,随动机构通过以下步骤实现对目标机构在运动过程中的重力平衡。

【0033】a)目标机构解锁后由收拢状态运动到展开状态过程中,其对随动装置在展开方向上有一个拉力作用,随动机构各部份在此作用下与目标机构各部分做水平面内以根部展开轴(随动装置固定支架101回转轴)为圆心的的圆弧运动,并平衡目标机构各部分重力影响;

【0034】b)目标机构展开到位后,二轴运动机构(质心)在X轴带动下在重力平面内做以X轴为圆心的圆弧运动,对随动机构则产生一个重力方向的拉力和一个水平方向拉力,重力方向拉力通过中水平导轨103端的第一恒力弹簧2011伸缩来平衡,水平方向拉力则带动中水平导轨上滑车组件往复运动;

【0035】c)驱动终端(质心)在X、Y轴的组合运动带动下在空间内做实心半球形运动,对随动机构在空间三维方向上均产生拉力,重力方向拉力通过长水平导轨102下端的第一恒力弹簧2011伸缩来平衡,水平面内的两个方向拉力分别带动长水平导轨上滑车组件前后运动和长水平导轨以固定支架101回转轴为圆心的圆弧运动。

【0036】本发明为地面试验过程中的空间多维运动机构创造了一个微重力、低阻力条件,能够充分验证目标机构在轨运动可靠性、展开重复精度、展开角度偏差及二轴运动机构的工作特性。本发明虽然已以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

【说明书附图】


【0001】


图1

【0002】


图2

【0003】


图3

【0004】


图4