本發(fā)明涉及空間系繩收放裝置，尤其涉及一種空間繩系組合體姿態(tài)角和張力測量復(fù)合的系繩收放裝置。
背景技術(shù)：
：空間繩系系統(tǒng)一般采用易卷取的柔性系繩，在系統(tǒng)的在軌操作過程中，一般需要通過系繩末端連接的系繩卷取機(jī)構(gòu)對系繩實(shí)現(xiàn)長度控制或者張力控制。因此，系繩卷取機(jī)構(gòu)的設(shè)計以及性能對空間繩系系統(tǒng)能否順利完成任務(wù)起著相當(dāng)重要的作用，如上述的TSS-1在軌試驗(yàn)，就因系繩釋放機(jī)構(gòu)的技術(shù)故障使得系繩因張力過大而斷裂，導(dǎo)致了任務(wù)的失敗。對于空間繩系系統(tǒng)而言，系繩控制機(jī)構(gòu)是控制系繩長度、速率及張力的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在繩系系統(tǒng)方案設(shè)計、動力學(xué)模型分析、控制系統(tǒng)設(shè)計及試驗(yàn)驗(yàn)證等各個環(huán)節(jié)都必須加以考慮。另外，針對空間特殊要求，裝置還需集成度要高、質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單可靠等特點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種空間繩系組合體姿態(tài)角和張力測量復(fù)合的系繩收放裝置，該裝置同時具備空間系繩姿態(tài)入角可測、系繩長度可測可控、系繩張力可測可控等功能，通過合理設(shè)計使得裝置能同時具有張力精度高、張力量程大(最大可控可測張力200N)以及系繩尺度大(最大收繩長度200m)等功能特色。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明在外殼內(nèi)，沿外殼長度方向，依次裝有六維力測量部件、導(dǎo)繩部件、張力預(yù)緊部件、繩長測量部件、排繩部件和系繩卷繞部件。所述六維力測量測量部件，包括：受力板、導(dǎo)繩輪、六維力傳感器、基座和過繩環(huán)；六維力傳感器的安裝面固定在基座中部，六維力傳感器的受力面固接有受力板，受力板中心位置安裝有過繩環(huán)，基座上方安裝有能自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)繩輪。所述導(dǎo)繩部件，包括：第一小導(dǎo)輪、第二小導(dǎo)輪、第一心軸、第二心軸和Γ形固定板；第一小導(dǎo)輪與第一心軸為轉(zhuǎn)動配合，第二小導(dǎo)輪與第二心軸為轉(zhuǎn)動配合，第一心軸與第二心軸的一端與外殼頂部連接，第一心軸與第二心軸的另一端與Γ形固定板的一面連接，所述二個小導(dǎo)輪中部均開有U形導(dǎo)繩槽，且位于同一水平位置，Γ形固定板的另一面與過繩立板固連。所述張力預(yù)緊部件，包括：第一陶瓷片、第二陶瓷片、彈簧和帶螺母心軸；帶螺母心軸與過繩立板連接，第一陶瓷片、第二陶瓷片和彈簧依次套在帶螺母心軸上，通過調(diào)節(jié)帶螺母心軸的螺母調(diào)節(jié)系繩的預(yù)緊張力。所述繩長測量部件，包括：過繩立板、繩長測量導(dǎo)輪、第一輔助輪、第二輔助輪、聯(lián)軸器、軸承座、固定架和旋轉(zhuǎn)編碼器；過繩立板垂直安裝在外殼上、下面間，過繩立板的板面與外殼的長邊平行，過繩立板上安裝有軸承座，繩長測量導(dǎo)輪的伸出軸穿過軸承座的軸承內(nèi)圈并插入聯(lián)軸器的一端內(nèi)孔中，聯(lián)軸器的另一端內(nèi)孔與旋轉(zhuǎn)編碼器的伸出軸連接，旋轉(zhuǎn)編碼器與固定架連接，固定架固定在過繩立板上，以繩長測量導(dǎo)輪為中心，左右上方對稱安裝有能自由轉(zhuǎn)動的第一輔助輪和第二輔助輪，第一輔助輪和第二輔助輪安裝在過繩立板上。所述排繩部件，包括：直線電機(jī)底座、直線電機(jī)滑塊、連接板、第一導(dǎo)輪和第二導(dǎo)輪；直線電機(jī)底座兩端垂直安裝在外殼上、下面間，直線電機(jī)滑塊與連接板滑動連接，連接板上部安裝有第一導(dǎo)輪和第二導(dǎo)輪，第一導(dǎo)輪和第二導(dǎo)輪配合，第一導(dǎo)輪與第二導(dǎo)輪通過U形導(dǎo)繩槽形成過繩孔，直線電機(jī)滑塊的上、下極限位置分別對應(yīng)于卷繩筒軸向繞繩的有效極限位置。所述系繩卷繞部件，包括：軸承端蓋、卷繩筒、承力套筒、電磁剎車、光電編碼器、伺服電機(jī)、軸承卡簧、大軸承、減速器、平鍵和小軸承；在承力套筒內(nèi)，減速器尾部與伺服電機(jī)頭部連接，伺服電機(jī)尾部與承力套筒內(nèi)端面貼合，電磁剎車的頭部與承力套筒外端面連接，電磁剎車尾部與光電編碼器連接，以上零件構(gòu)成動力模塊；將所述動力模塊插入卷繩筒內(nèi)部，減速器輸出軸軸頭鍵槽，通過平鍵與卷繩筒固定連接，卷繩筒的一端與小軸承內(nèi)圈配合，卷繩筒的另一端孔內(nèi)臺階放置大軸承，大軸承內(nèi)圈與承力套筒配合，通過卡簧實(shí)現(xiàn)大軸承的軸向固定，承力套筒的安裝法蘭與外殼底部固定，小軸承端部通過軸承端蓋與外殼上部固定。本發(fā)明具有的有益效果是：1、本發(fā)明同時具備空間系繩擺角可測、系繩長度可測可控、系繩張力可測可控等功能，通過合理設(shè)計使得裝置能同時具有張力精度高、張力量程大(最大可控可測張力200N)。2、本發(fā)明利用六維力傳感器可間接測量得到系繩張力與系繩姿態(tài)入角。3、本發(fā)明的排繩部件使得回收到卷繩筒上的系繩較多時系繩可在卷筒上均勻排列而避免了系繩的相互擠壓及塌落現(xiàn)象，裝置收放系繩尺度大(最大收繩長度200m)4、本發(fā)明可根據(jù)要求分別工作于系繩張力控制模式、系繩收放控制模式及系繩鎖定控制模式，且各工作模式間可自由切換。本發(fā)明具有原理巧妙、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，精度較高等優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明的正視圖。圖2是本發(fā)明的前側(cè)三維圖。圖3是本發(fā)明的后側(cè)三維圖。圖4是本發(fā)明的六維力測量部件三維圖。圖5是本發(fā)明的卷繞部件剖視圖。圖6是本發(fā)明的系繩張力及姿態(tài)入角測量示意圖。圖中：1、六維力測量部件，2、導(dǎo)繩部件，3、張力預(yù)緊部件，4、繩長測量部件，5、排繩部件，6、系繩卷取部件，7、系繩，8、外殼，1.1、受力板，1.2、導(dǎo)繩輪，1.3、六維力傳感器，1.4、基座，1.5、過繩環(huán)，2.1、第一小導(dǎo)輪，2.2、第二小導(dǎo)輪，2.3、第一心軸，2.4、第二心軸，2.5、Γ形固定板，3.1、第一陶瓷片，3.2、第二陶瓷片，3.3、彈簧，3.4、帶螺母心軸，4.1、過繩立板，4.2、繩長測量導(dǎo)輪，4.3、第一輔助輪，4.4、第二輔助輪，4.5、聯(lián)軸器，4.6、軸承座，4.7、固定架，4.8、旋轉(zhuǎn)編碼器，5.1、直線電機(jī)底座，5.2、直線電機(jī)滑塊，5.3、連接板，5.4、第一導(dǎo)輪，5.5、第二導(dǎo)輪，6.1、軸承端蓋，6.2、卷繩筒，6.3、承力套筒，6.4、電磁剎車，6.5、光電編碼器，6.6、伺服電機(jī)，6.7、軸承卡簧，6.8、大軸承，6.9、減速器，6.10、平鍵，6.11、小軸承。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明在外殼8內(nèi)，沿外殼長度方向，依次裝有六維力測量部件1、導(dǎo)繩部件2、張力預(yù)緊部件3、繩長測量部件4、排繩部件5和系繩卷繞部件6。如圖1、圖4所示，所述六維力測量測量部件1，包括：受力板1.1、導(dǎo)繩輪1.2、六維力傳感器1.3、基座1.4和過繩環(huán)1.5；六維力傳感器1.3的安裝面通過螺釘固定在基座1.4中部，六維力傳感器1.3的受力面固接有受力板1.1，受力板1.1中心位置通過螺紋連接安裝有過繩環(huán)1.5，基座上方安裝有能自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)繩輪1.2。如圖2所示，所述導(dǎo)繩部件2，包括：第一小導(dǎo)輪2.1、第二小導(dǎo)輪2.2、第一心軸2.3、第二心軸2.4和Γ形固定板2.5；第一小導(dǎo)輪2.1與第一心軸2.3為轉(zhuǎn)動配合，第二小導(dǎo)輪2.2與第二心軸2.4為轉(zhuǎn)動配合，第一心軸2.3與第二心軸2.4的一端通過螺紋與外殼7頂部連接，第一心軸2.3與第二心軸2.4的另一端通過螺紋與Γ形固定板2.5的一面連接，所述二個小導(dǎo)輪中部均開有U形導(dǎo)繩槽，且位于同一水平位置，Γ形固定板2.5的另一面通過螺釘與過繩立板4.1固連。如圖2所示，所述張力預(yù)緊部件3，包括：第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2、彈簧3.3和帶螺母心軸3.4；帶螺母心軸3.4通過螺紋與過繩立板4.1連接，第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2和彈簧3.3依次套在帶螺母心軸3.4上，通過調(diào)節(jié)帶螺母心軸3.4的螺母調(diào)節(jié)系繩7的預(yù)緊張力。如圖2、圖3所示，所述繩長測量部件4，包括：過繩立板4.1、繩長測量導(dǎo)輪4.2、第一輔助輪4.3、第二輔助輪4.4、聯(lián)軸器4.5、軸承座4.6、固定架4.7和旋轉(zhuǎn)編碼器4.8；過繩立板4.1垂直安裝在外殼8上、下面間，過繩立板4.1的板面與外殼8的長邊平行，過繩立板4.1上安裝有軸承座4.6，繩長測量導(dǎo)輪4.2的伸出軸穿過軸承座4.6的軸承內(nèi)圈并插入聯(lián)軸器4.5的一端內(nèi)孔中，聯(lián)軸器4.5的另一端內(nèi)孔與旋轉(zhuǎn)編碼器4.8的伸出軸連接。旋轉(zhuǎn)編碼器4.8與固定架4.7連接，固定架4.7固定在過繩立板4.1上，以繩長測量導(dǎo)輪4.2為中心，左右上方對稱安裝有能自由轉(zhuǎn)動的第一輔助輪4.3和第二輔助輪4.4，第一輔助輪4.3和第二輔助輪4.4安裝在過繩立板4.1上。如圖2所示，所述排繩部件5，包括：直線電機(jī)底座5.1、直線電機(jī)滑塊5.2、連接板5.3、第一導(dǎo)輪5.4和第二導(dǎo)輪5.5；直線電機(jī)底座5.1兩端留有螺孔，通過螺釘垂直安裝在外殼8上、下面間，直線電機(jī)滑塊5.2與連接板5.3滑動連接，連接板5.3上部安裝有第一導(dǎo)輪5.4和第二導(dǎo)輪5.5，第一導(dǎo)輪5.4和第二導(dǎo)輪5.5配合，外緣距離很小但又可各種繞中心自由轉(zhuǎn)動，第一導(dǎo)輪5.4與第二導(dǎo)輪5.5通過U形導(dǎo)繩槽形成過繩孔，此過繩孔的軸線與卷筒內(nèi)壁相切，保證卷筒卷取系繩之前，系繩是沿著卷筒內(nèi)壁切線方向進(jìn)入卷筒的，直線電機(jī)滑塊5.2的上、下極限位置分別對應(yīng)于卷繩筒6.2軸向繞繩的有效極限位置。如圖2、圖5所示，所述系繩卷繞部件6，包括：軸承端蓋6.1、卷繩筒6.2、承力套筒6.3、電磁剎車6.4、光電編碼器6.5、伺服電機(jī)6.6、軸承卡簧6.7、大軸承6.8、減速器6.9、平鍵6.10和小軸承6.11；在承力套筒6.3內(nèi)，減速器6.9尾部與伺服電機(jī)6.6頭部連接，伺服電機(jī)6.6尾部與承力套筒6.3內(nèi)端面貼合，電磁剎車6.4的頭部與承力套筒6.3外端面連接，電磁剎車6.4尾部與光電編碼器6.5連接，以上零件構(gòu)成動力模塊；將上述動力模塊插入卷繩筒6.2內(nèi)部，減速器6.9輸出軸軸頭鍵槽，通過平鍵6.10與卷繩筒6.2固定連接，卷繩筒6.2的一端與小軸承6.11內(nèi)圈配合，卷繩筒6.2的另一端孔內(nèi)臺階放置大軸承6.8，大軸承6.8內(nèi)圈與承力套筒6.3配合，通過卡簧6.7實(shí)現(xiàn)大軸承6.8的軸向固定，承力套筒6.3的安裝法蘭與外殼8底部固定，小軸承6.11端部通過軸承端蓋6.1與外殼8上部固定。本發(fā)明的工作原理：系繩7首先從裝置外殼8左部中心位置進(jìn)入裝置，穿過六維力測量部件1的過繩環(huán)1.5后豎直向上經(jīng)過上部的過繩導(dǎo)輪1.2，再經(jīng)過導(dǎo)繩部件2的二個小導(dǎo)輪U形導(dǎo)繩槽形成的過繩孔，改變成水平走向后進(jìn)過張力預(yù)緊部件3的第一陶瓷片3.1和第二陶瓷片3.2間隙后，依次經(jīng)過繩長測量部件4的第一輔助輪4.3、繩長測量導(dǎo)輪4.2及第二輔助輪4.4后再經(jīng)過排繩部件5的第一導(dǎo)輪5.4和第二導(dǎo)輪5.5U形導(dǎo)繩槽形成的過繩孔后進(jìn)入系繩卷繞部件6的卷繩筒6.2，系繩7固定在卷繩筒6.2的內(nèi)壁處。通過伺服電機(jī)6.6驅(qū)動卷繩筒6.2旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)系繩7的收放，通過直線電機(jī)滑塊5.2的往復(fù)直線運(yùn)動實(shí)現(xiàn)系繩收繩時在卷繩筒6.2上的均勻排列，放繩時直線電機(jī)滑塊5.2處于非工作的自由運(yùn)動狀態(tài)，通過張力預(yù)緊部件3防止系繩7在裝置內(nèi)部松弛，通過導(dǎo)繩部件2改變系繩走向，收放繩時通過繩長測量部件4實(shí)現(xiàn)系繩收放長度的測量，通過六維力測量部件1實(shí)現(xiàn)系繩張力與系繩姿態(tài)入角的測量。六維力測量部件1間接測量系繩張力與系繩姿態(tài)入角的原理如下。如圖6所示，假設(shè)系繩7與xz平面上的投影與z軸的夾角為α，系繩7與xz平面的夾角為β，系繩張力為T，六維力傳感器1.3測得的張力分量分別為Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z。根據(jù)力的分解有：Fx=-TcosβsinαFy=Tsinβ+TFz=Tcosβcosα---1)]]>根據(jù)上式可解得：α=arctan(-FxFz)β=arcsinFy2-Fx2-Fz2Fx2+Fy2+Fz2T=Fx2+Fy2+Fz22Fy---2)]]>當(dāng)前第1頁1 2 3