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：
本發(fā)明涉及減重吊掛技術(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(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能測試試驗(yàn)，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(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)垂直地面方向的恒力減重吊掛及水平方向的運(yùn)動主動跟隨，保證運(yùn)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(dǎo)軌滑塊上，通過滑塊在直線導(dǎo)軌上的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)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(dǎo)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(yùn)動精度高、清潔無污染等特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)水平方向無摩擦跟隨，進(jìn)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(dǎo)軌、直線導(dǎo)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(dǎo)軌滑塊一起在水平方向的運(yùn)動，消除了滑塊與導(dǎo)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(dāng)被跟隨件在豎直方向加速或減速運(yùn)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。

發(fā)明內(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(fù)雜且難以維護(hù)等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)恒張力控制和一維主動跟隨的減重吊掛裝置，實(shí)現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運(yùn)動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。本發(fā)明解決其技術(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，
所述恒張力控制系統(tǒng)包括安裝支架、張力感應(yīng)組件和卷繩組件，所述張力感應(yīng)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(dǎo)向輪安裝在導(dǎo)向輪支架上，所述導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌滑塊、線性模組、角度感應(yīng)組件和控制電機(jī)，所述導(dǎo)軌滑塊與所述安裝支架固定連接，所述導(dǎo)軌滑塊可滑動地安裝在所述線性模組上，所述控制電機(jī)安裝在所述線性模組的一端，所述控制電機(jī)與所述導(dǎo)軌滑塊聯(lián)動，所述角度感應(yīng)組件安裝在所述安裝支架上。 進(jìn)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(dǎo)向輪再纏繞在所述兩個張力傳感器上。所述角度感應(yīng)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(jìn)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(dǎo)向輪引出到所述兩個張力傳感器中。更進(jìn)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(jī)和扭力緩沖組件，所述驅(qū)動電機(jī)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(jī)為交流伺服電機(jī)。當(dāng)然，也可以選擇其他類型的控制電機(jī)。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運(yùn)動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。


圖I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(yīng)組件的示意圖。圖4是圖3的側(cè)視圖。圖5是張力感應(yīng)組件的立體圖。圖6是張力感應(yīng)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(yīng)組件的示意圖。
圖10是圖9的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖I 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(yīng)組件5和卷繩組件1，所述張力感應(yīng)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(dǎo)向輪8安裝在導(dǎo)向輪支架9上，所述導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌滑塊22、線性模組21、角度感應(yīng)組件23和控制電機(jī)17，所述導(dǎo)軌滑塊22與所述安裝支架2固定連接，所述導(dǎo)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(jī)17安裝在所述線性模組21的一端，所述控制電機(jī)17與所述導(dǎo)軌滑塊22聯(lián)動，所述角度感應(yīng)組件23安裝在所述安裝支架2上。進(jìn)一步，所述角度感應(yīng)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(jìn)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(dǎo)向輪11引出到所述兩個張力傳感器7中。更進(jìn)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(jī)4和扭力緩沖組件3，所述驅(qū)動電機(jī)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(jī)4為交流伺服電機(jī)。當(dāng)然，也可以選擇其他類型的控制電機(jī)。本實(shí)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(jī)、卷繩組件、扭力緩沖組件、張力感應(yīng)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(jī)控制導(dǎo)軌滑塊在線性模組上運(yùn)動。恒張力控制系統(tǒng)通過導(dǎo)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(yīng)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(jī)再控制導(dǎo)軌滑塊移動相應(yīng)的距離。本實(shí)施例中，張力感應(yīng)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(yùn)動控制器中的計(jì)算機(jī)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)的位置，而被跟隨件在高低溫環(huán)境下運(yùn)動，如這樣設(shè)計(jì)，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(yùn)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(jì)算測量得到懸掛繩上準(zhǔn)確的拉力。設(shè)定懸掛繩通過導(dǎo)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(shí)際上是中間輪上繩兩端的拉力，測量值F2相對于F1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(shí)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
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饋給運(yùn)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(dǎo)向輪引出到張力感應(yīng)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(yīng)組件、一維主動跟隨控制系統(tǒng)中的角度感應(yīng)組件均安裝在安裝支架上，交流伺服電機(jī)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(zhǔn)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(jī)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(shí)現(xiàn)恒張力控制。本實(shí)施例中，一維主動跟隨控制系統(tǒng)主要由導(dǎo)軌滑塊、線性模組、角度感應(yīng)組件、交流伺服電機(jī)組成。所述導(dǎo)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(jī)安裝在線性模組的一端，所述導(dǎo)軌滑塊能夠在電機(jī)的控制下，通過帶傳動在線性模組上移動。所述角度感應(yīng)組件安裝在恒張力控制系統(tǒng)中的安裝支架上。角度感應(yīng)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(jìn)行測量。運(yùn)動控制裝置的計(jì)算機(jī)根據(jù)角度編碼器測得的角度的偏移量。在設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)可保護(hù)機(jī)構(gòu)的安全；二、該設(shè)計(jì)在二維運(yùn)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(yīng)組件和卷繩組件，所述張力感應(yīng)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(dǎo)向輪安裝在導(dǎo)向輪支架上，所述導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌滑塊、線性模組、角度感應(yīng)組件和控制電機(jī)，所述導(dǎo)軌滑塊與所述安裝支架固定連接，所述導(dǎo)軌滑塊可滑動地安裝在所述線性模組上，所述控制電機(jī)安裝在所述線性模組的一端，所述控制電機(jī)與所述導(dǎo)軌滑塊聯(lián)動，所述角度感應(yīng)組件安裝在所述安裝支架上。
2.如權(quán)利要求I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(dǎo)向輪再纏繞在所述兩個張力傳感器上。
3.如權(quán)利要求I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(yīng)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(dǎo)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(jī)和扭力緩沖組件，所述驅(qū)動電機(jī)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(jī)為交流伺服電機(jī)。
全文摘要
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(yīng)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(dǎo)向輪安裝在導(dǎo)向輪支架上，導(dǎo)向輪支架安裝在傳感器支架上；導(dǎo)軌滑塊與安裝支架固定連接，導(dǎo)軌滑塊可滑動地安裝在線性模組上，控制電機(jī)安裝在線性模組的一端，控制電機(jī)與導(dǎo)軌滑塊聯(lián)動，角度感應(yīng)組件安裝在安裝支架上。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)被跟隨件與地面水平和豎直方向的高精度運(yùn)動跟隨，且提供持續(xù)恒定的豎直方向的吊掛力。
文檔編號B64G7/00GK102910300SQ20121040317
公開日2013年2月6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)明者單曉杭, 孫建輝, 周海清, 周丹鋒 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)