專利名稱：一維主動跟隨減重吊掛裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及減重吊掛技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種一維主動跟隨減重吊掛裝置。
背景技術(shù)：
如在地面模擬月球環(huán)境進行機構(gòu)的運動性能測試試驗，由于地面的重力是月球表面的6倍，模擬裝置須提供月面l/6g重力環(huán)境模擬。我們以月球車的太陽翼帆板展開為例，太陽翼帆板水平安裝在小車的上方，側(cè)面通過鉸鏈連接，在其展開過程中，其質(zhì)心沿豎直方向及水平方向運動。模擬裝置需始終提供垂直地面方向的恒定吊掛力，對水平運動方向不產(chǎn)生附加的力。一維主動跟隨減重吊掛系統(tǒng)裝置是通過懸掛繩與被跟隨件連接，主要實現(xiàn)垂直地面方向的恒力減重吊掛及水平方向的運動主動跟隨，保證運動過程中懸掛繩處于拉緊且豎直的狀態(tài)。現(xiàn)有技術(shù)通常采用懸掛繩通過滑輪組分別與減重砝碼和被跟隨件相連接，來提供垂直方向的恒定吊掛力，再將滑輪組安裝在導軌滑塊上，通過滑塊在直線導軌上的運動實現(xiàn)水平運動跟隨。然而此裝置中，滑輪組自身內(nèi)部存在摩擦阻力、滑輪組與懸掛繩之間存在變動的摩擦力，摩擦力作用在懸掛繩上，從而改變了懸掛繩上的作用力的大??；另一方面，導軌滑塊與線性模組之間的摩擦力，直接影響水平方向主動跟隨的精度。由于空氣軸承具有摩擦阻力小、運動精度高、清潔無污染等特點，因而采用空氣軸承做滑輪組，代替普通滑輪減少摩擦，采用氣浮軸承與直線滑塊相配合實現(xiàn)水平方向無摩擦跟隨，進一步改良了減重吊掛裝置。如專利申請?zhí)枮?01010166162.4的“提供恒定吊掛力的二維氣浮隨動裝置”就公布了這種采用氣浮軸承、減重砝碼、氣浮導軌、直線導軌組成的減重吊掛裝置。雖然此裝置采用了多個氣浮軸承相互配合，避免了減重砝碼隨導軌滑塊一起在水平方向的運動，消除了滑塊與導軌之間以及滑輪內(nèi)在的摩擦阻力的影響，但是懸掛繩與氣浮軸承間的摩擦力影響并沒有消除，并且減重砝碼的質(zhì)量很高，如月球小車太陽翼帆板展開裝置中減重砝碼的質(zhì)量為太陽翼帆板質(zhì)量的5/6，所以，當被跟隨件在豎直方向加速或減速運動時，減重砝碼會因慣性而產(chǎn)生一個極大的附加力，作用在懸掛繩上。所以，這種裝置很難保證一個恒定的、高精度的減重吊掛。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有裝置懸掛繩和滑輪之間的摩擦力、減重砝碼慣性力影響，避免減重吊掛力不穩(wěn)定，氣浮裝置成本高、氣源供氣復雜且難以維護等缺點，本實用新型提供了一種實現(xiàn)恒張力控制和一維主動跟隨的減重吊掛裝置，實現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種一維主動跟隨減重吊掛裝置，包括一維主動跟隨系統(tǒng)和恒張力控制系統(tǒng)，其中，[0008]所述恒張力控制系統(tǒng)包括安裝支架、張力感應組件和卷繩組件，所述張力感應組件包括用以測量卷繩組件出來的懸掛繩的張力的兩個張力傳感器，所述張力傳感器安裝在張力傳感器支架上，所述導向輪安裝在導向輪支架上，所述導向輪支架安裝在傳感器支架上；所述卷繩組件包括卷繩組件座、絲杠、卷繩軸、卷筒、大齒輪、導向輪和小齒輪，所述卷筒固定安裝在卷繩軸上，所述卷繩軸通過鍵槽與大齒輪連接，所述大齒輪與小齒輪嚙合，所述小齒輪與絲杠通過鍵槽連接，所述卷繩軸與絲杠兩端通過滾動軸承安裝在卷繩組件座上，所述導向輪通過安裝板固定卷繩組件座上，所述卷繩組件座固定安裝在安裝支架上。所述一維主動跟隨系統(tǒng)包括導軌滑塊、線性模組、角度感應組件和控制電機，所述導軌滑塊與所述安裝支架固定連接，所述導軌滑塊可滑動地安裝在所述線性模組上，所述控制電機安裝在所述線性模組的一端，所述控制電機與所述導軌滑塊聯(lián)動，所述角度感應組件安裝在所述安裝支架上。進一步，所述兩個張力傳感器在空間上呈90°布局，懸掛繩通過卷繩組件出來經(jīng)過導向輪再纏繞在所述兩個張力傳感器上。所述角度感應組件包括非接觸角度編碼器的碼盤和讀數(shù)頭、滾輪、夾繩擺座、簧片、配重和帶軸承擺軸，所述讀數(shù)頭安裝在讀數(shù)頭座上，所述碼盤固定在擺軸的端部，所述擺軸與擺桿連接，可在角度測量座的軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述擺桿可在擺軸縱切面內(nèi)擺動，所述夾繩支座安裝在擺桿底端，所述滾輪通過簧片固定在擺桿上，所述配重固定在擺桿的上端，所述滾輪壓緊懸掛繩。再進一步，所述懸掛繩順時針纏繞在卷筒上，再引出順時針纏繞在絲杠上，最后通過導向輪引出到所述兩個張力傳感器中。更進一步，所述絲杠螺距與所述懸掛繩的直徑相等。所述恒張力減重吊掛裝置還包括驅(qū)動電機和扭力緩沖組件，所述驅(qū)動電機的輸出軸與所述扭力緩沖組件連接，所述扭力緩沖組件與卷繩軸軸端連接。所述驅(qū)動電機為交流伺服電機。當然，也可以選擇其他類型的控制電機。本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:實現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。
圖1是一維主動跟隨減重吊掛裝置的示意圖。圖2是是恒張力控制系統(tǒng)的示意圖。圖3是張力感應組件的示意圖。圖4是圖3的側(cè)視圖。圖5是張力感應組件的立體圖。圖6是張力感應組件的受力示意圖。圖7是卷繩組件的示意圖。圖8是圖7的側(cè)視圖。圖9是角度感應組件的示意圖。[0027]圖10是圖9的側(cè)視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。參照圖1 圖10，一種一維主動跟隨減重吊掛裝置，包括一維主動跟隨系統(tǒng)18和恒張力控制系統(tǒng)19，其中，所述恒張力控制系統(tǒng)19包括包括安裝支架2、張力感應組件5和卷繩組件1，所述張力感應組件5包括用以測量卷繩組件出來的懸掛繩的張力的兩個張力傳感器7，所述張力傳感器7安裝在張力傳感器支架6上，所述兩個張力傳感器7在空間上呈90°布局，導向輪8安裝在導向輪支架9上，所述導向輪支架9安裝在傳感器支架6上，懸掛繩通過卷繩組件出來經(jīng)過導向輪8再纏繞在所述兩個張力傳感器7上；所述卷繩組件I包括卷繩組件座12、絲杠16，卷繩軸15、卷筒14、大齒輪13、導向輪11和小齒輪10，所述卷筒14固定安裝在卷繩軸15上，所述卷繩軸15通過鍵槽與大齒輪13連接，所述大齒輪13與小齒輪10嚙合，所述小齒輪10與絲杠16通過鍵槽連接，所述卷繩軸15與絲杠16兩端通過滾動軸承安裝在卷繩組件座12上，所述導向輪11通過安裝板固定卷繩組件座12上，所述卷繩組件座12固定安裝在安裝支架2上；所述一維主動跟隨系統(tǒng)18包括導軌滑塊22、線性模組21、角度感應組件23和控制電機17，所述導軌滑塊22與所述安裝支架2固定連接，所述導軌滑塊22可滑動地安裝在所述線性模組21上，所述控制電機17安裝在所述線性模組21的一端，所述控制電機17與所述導軌滑塊22聯(lián)動，所述角度感應組件23安裝在所述安裝支架2上。進一步，所述角度感應組件23包括非接觸角度編碼器的碼盤和讀數(shù)頭、滾輪、夾繩擺座、簧片、配重和帶軸承擺軸，讀數(shù)頭安裝在讀數(shù)頭座25上，所述碼盤26固定在擺軸31的端部，所述擺軸31與擺桿27連接，可在角度測量座24的軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述擺桿27可在擺軸縱切面內(nèi)擺動，所述夾繩支座29安裝在擺桿27上方，所述滾輪28通過簧片30固定在擺桿28上，所述配重32固定在擺27桿的下方，所述滾輪28壓緊懸掛繩20。進一步，所述懸掛繩順時針纏繞在卷筒14上，再引出順時針纏繞在絲杠上，最后通過導向輪11引出到所述兩個張力傳感器7中。更進一步，所述絲杠16螺距與所述懸掛繩的直徑相等。所述恒張力減重吊掛裝置還包括驅(qū)動電機4和扭力緩沖組件3，所述驅(qū)動電機4的輸出軸與所述扭力緩沖組件3連接，所述扭力緩沖組件3與卷繩軸15上。所述驅(qū)動電機4為交流伺服電機。當然，也可以選擇其他類型的控制電機。本實施例中，一維主動跟隨減重吊掛裝置由一維主動跟隨系統(tǒng)和恒張力控制系統(tǒng)組成。恒張力控制系統(tǒng)通過交流伺服電機、卷繩組件、扭力緩沖組件、張力感應組件輸出一個恒定的吊掛力。一維主動跟隨系統(tǒng)通過另一臺交流伺服電機控制導軌滑塊在線性模組上運動。恒張力控制系統(tǒng)通過導軌滑臺與一維主動跟隨系統(tǒng)相連接，恒張力控制系統(tǒng)中的角度感應組件通過測量懸掛繩的偏移角度，將信號反饋給一維主動跟隨系統(tǒng)，伺服電機再控制導軌滑塊移動相應的距離。本實施例中，張力感應組件中的張力傳感器可以直接測量卷繩組件出來的懸掛繩的張力。運動控制器中的計算機采集張力傳感器信號，根據(jù)設(shè)定的張力，求出張力的偏差。根據(jù)張力偏差調(diào)整電機的轉(zhuǎn)角。經(jīng)過低剛度扭簧為主組成的扭力緩沖組件和卷繩輪，可以調(diào)整懸掛繩的松緊，以調(diào)整張力大小，使得逼近設(shè)定的張力值。測懸掛繩上的張力，常用的做法是在懸掛繩上串聯(lián)一個拉力傳感器，但是由懸掛繩隨吊點在豎直方向作較大范圍的收放，拉力傳感器必須安裝在靠近吊掛點的位置，而被跟隨件在高低溫環(huán)境下運動，如這樣設(shè)計，傳感器不能工作，同時還有電線的擾動影響，所以我們傳感器采用張力傳感器，并且與恒張力控制系統(tǒng)一起安裝在恒溫箱內(nèi)，保證傳感器的正常運作。張力傳感器與懸掛繩之間存在摩擦力，且并非一個恒定的力。兩個張力傳感器在空間上的組合裝置，可通過計算測量得到懸掛繩上準確的拉力。設(shè)定懸掛繩通過導向輪從A口接入，作用在被跟隨件上的吊掛力為F，第一個張力傳感器測量的力為F1，第二個張力傳感器測量的力為F2，根據(jù)張力傳感器的測量原理，F(xiàn)1、F2實際上是中間輪上繩兩端的拉力，測量值F2相對于F2而言，多測了中間三個滑輪的摩擦力，因而得到單個滑輪上的摩擦力為
，所以，實際上懸掛繩末端的吊掛力F =巧，將傳感器測量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
反饋給運動控制器的控制系統(tǒng)，根據(jù)上述公式得出消除摩擦后的張力值。懸掛繩順時針纏繞在卷筒上，再引出順時針纏繞在絲杠上，最后通過導向輪引出到張力感應組件中。絲桿螺距和懸掛繩直徑相近，則使得卷繩輪帶動卷筒轉(zhuǎn)動時，絲桿同步轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)一圈移動一個螺距，從而保證懸掛繩可沿著其軸向按螺距規(guī)律平移，在卷筒上按螺距規(guī)律平鋪，而使得卷繩的直徑不變，同時避免了相鄰繩間的摩擦。交流伺服、卷繩組件、張力感應組件、一維主動跟隨控制系統(tǒng)中的角度感應組件均安裝在安裝支架上，交流伺服電機與卷繩組件通過扭力傳感器相連接，張力傳感器測得懸掛繩的準確拉力值反饋給交流伺服系統(tǒng)，根據(jù)張力偏差調(diào)整電機轉(zhuǎn)角，通過低剛度扭簧為主組成的扭力緩沖組件和卷繩輪，調(diào)整懸掛繩的松緊，以調(diào)整張力大小。實現(xiàn)恒張力控制。本實施例中，一維主動跟隨控制系統(tǒng)主要由導軌滑塊、線性模組、角度感應組件、交流伺服電機組成。所述導軌滑塊與恒張力控制系統(tǒng)中的安裝支架底部相連接，所述交流伺服電機安裝在線性模組的一端，所述導軌滑塊能夠在電機的控制下，通過帶傳動在線性模組上移動。所述角度感應組件安裝在恒張力控制系統(tǒng)中的安裝支架上。角度感應組件由非接觸角度編碼器的碼盤和讀數(shù)頭、滾輪、夾繩擺座、簧片、配重、帶軸承擺軸等組成。所述讀數(shù)頭安裝在讀數(shù)頭座上，所述碼盤固定在擺軸的端部，所述擺軸與擺桿連接，可在角度測量座的軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述擺桿可在擺軸縱切面內(nèi)擺動，所述夾繩支座安裝在擺桿上方，所述滾輪通過簧片固定在擺桿上，所述配重固定在擺桿的下方。帶簧片滾輪微微壓緊懸掛繩，擺桿可以雙向擺動。一個方向擺動在擺軸的橫切面內(nèi)，該擺動轉(zhuǎn)動角度編碼器的碼盤，使得讀數(shù)頭可以測得轉(zhuǎn)動角度。另一個方向擺動在擺軸的縱切面內(nèi)，為自由擺動，不進行測量。運動控制裝置的計算機根據(jù)角度編碼器測得的角度的偏移量。在設(shè)計中，我們采用配重是為了消除在擺動過程中，滾輪、簧片因其自身重量而對吊掛繩產(chǎn)生附加載荷，而影響測量而采用可二維擺動的結(jié)構(gòu)設(shè)計基于兩個因素:一、擺軸和滾輪、簧片等零件尺寸很小，很容易損壞。而在調(diào)試和裝夾過程中難免會出現(xiàn)意外情況，采用二維擺動設(shè)計可保護機構(gòu)的安全；二、該設(shè)計在二維運動吊掛系統(tǒng)中可完整套用。
權(quán)利要求1.一種一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:包括一維主動跟隨系統(tǒng)和恒張力控制系統(tǒng)，其中， 所述恒張力控制系統(tǒng)包括安裝支架、張力感應組件和卷繩組件，所述張力感應組件包括用以測量卷繩組件出來的懸掛繩的張力的兩個張力傳感器，所述張力傳感器安裝在張力傳感器支架上，所述導向輪安裝在導向輪支架上，所述導向輪支架安裝在傳感器支架上； 所述卷繩組件包括卷繩組件座、絲杠、卷繩軸、卷筒、大齒輪、導向輪和小齒輪，所述卷筒固定安裝在卷繩軸上，所述卷繩軸通過鍵槽與大齒輪連接，所述大齒輪與小齒輪嚙合，所述小齒輪與絲杠通過鍵槽連接，所述卷繩軸與絲杠兩端通過滾動軸承安裝在卷繩組件座上，所述導向輪通過安裝板固定卷繩組件座上，所述卷繩組件座固定安裝在安裝支架上； 所述一維主動跟隨系統(tǒng)包括導軌滑塊、線性模組、角度感應組件和控制電機，所述導軌滑塊與所述安裝支架固定連接，所述導軌滑塊可滑動地安裝在所述線性模組上，所述控制電機安裝在所述線性模組的一端，所述控制電機與所述導軌滑塊聯(lián)動，所述角度感應組件安裝在所述安裝支架上。
2.如權(quán)利要求1所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述兩個張力傳感器在空間上呈90°布局，懸掛繩通過卷繩組件出來經(jīng)過導向輪再纏繞在所述兩個張力傳感器上。
3.如權(quán)利要求1所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述角度感應組件包括非接觸角度編碼器的碼盤和讀數(shù)頭、滾輪、夾繩擺座、簧片、配重和帶軸承擺軸，所述讀數(shù)頭安裝在讀數(shù)頭座上，所述碼盤固定在擺軸的端部，所述擺軸與擺桿連接，可在角度測量座的軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動，所述擺桿可在擺軸縱切面內(nèi)擺動，所述夾繩支座安裝在擺桿底端，所述滾輪通過簧片固定在擺桿上，所述配重固定在擺桿的上端，所述滾輪壓緊懸掛繩。
4.如權(quán)利要求f3之一所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述懸掛繩順時針纏繞在卷筒上，再引出順時針纏繞在絲杠上，最后通過導向輪引出到所述兩個張力傳感器中。
5.如權(quán)利要求4所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述絲杠螺距與所述懸掛繩的直徑相等。
6.如權(quán)利要求f3之一所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述恒張力減重吊掛裝置還包括驅(qū)動電機和扭力緩沖組件，所述驅(qū)動電機的輸出軸與所述扭力緩沖組件連接，所述扭力緩沖組件與卷繩軸軸端連接。
7.如權(quán)利要求6所述的一維主動跟隨減重吊掛裝置，其特征在于:所述驅(qū)動電機為交流伺服電機。
專利摘要一種一維主動跟隨減重吊掛裝置，包括一維主動跟隨系統(tǒng)和恒張力控制系統(tǒng)，張力感應組件包括用以測量卷繩組件出來的懸掛繩的張力的兩個張力傳感器，張力傳感器安裝在張力傳感器支架上，導向輪安裝在導向輪支架上，導向輪支架安裝在傳感器支架上；導軌滑塊與安裝支架固定連接，導軌滑塊可滑動地安裝在線性模組上，控制電機安裝在線性模組的一端，控制電機與導軌滑塊聯(lián)動，角度感應組件安裝在安裝支架上。本實用新型實現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。
文檔編號B64G7/00GK202966679SQ20122054072
公開日2013年6月5日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者孫建輝, 周丹鋒, 單曉杭, 周海清 申請人:浙江工業(yè)大學