一种自适应重力平衡装置的制作方法

本实用新型涉及一种自适应重力平衡装置，特别涉及一种平面内运动空间机械臂的自适应重力平衡装置。

背景技术：

我国载人航天工程三期空间站工程需使用一种双关节平面内运动的空间机械臂装置，用于完成空间站各舱段的在轨组建。该空间机械臂包括机械臂固定端与机械臂主体两部分，这两部分之间由空间机械臂旋转关节连接。空间机械臂旋转关节动作时机械臂主体相对于机械臂固定端为悬臂结构，在轨动作时处于失重状态，机械臂主体悬臂结构不会影响机械臂旋转关节运动。但在地面试验时，机械臂主体部分受重力作用，给机械臂旋转关节处带来较大弯矩与扭矩，影响机械臂旋转关节的正常运动，甚至对旋转关节造成一定的破坏作用。为解决上述问题，且根据空间机械臂地面试验要求，本实用新型涉及一种结构简单、重量轻、随动可靠、吊点可调、重心容差能力强的自适应重力平衡装置。

技术实现要素：

为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种自适应重力平衡装置，主要用于某空间机械臂装舱后地面展开试验过程中的重力平衡，一方面消除空间机械臂在展开过程中重力对运动特性的影响，另一方面保护空间机械臂及其安装基体不受异常载荷而被破坏。

本实用新型的技术方案如下：

一种自适应重力平衡装置，包括随动组件、上调节组件、重心容差组件和下调节组件；其中，

所述的随动组件包括安装支架和随动支架，所述的随动支架可相对于所述的安装支架转动；

所述的上调节组件包括上横向板、上纵向板和吊杆，所述的随动支架的一端设有可沿所述的随动支架纵向移动的上纵向板，所述的上纵向板上设有可沿所述的上纵向板横向移动的上横向板，所述的吊杆一端与所述的上横向板连接，所述的吊杆的另一端与连接板连接，其中，可通过所述的吊杆来调整所述的上横向板与所述的连接板的距离；

所述的重心容差组件包括所述的连接板和若干拉簧，所述的连接板上设有若干个与下横向板连接的所述的拉簧；

所述的下调节组件包括连接支架、固定板、下纵向板和所述的下横向板，所述的连接支架上设有所述的固定板，所述的固定板上设有可沿所述的固定板纵向移动的所述的下纵向板，所述的下纵向板上设有可沿所述的下纵向板横向移动的所述的下横向板，其中，所述的连接支架上设有连接机械臂的连接件。

优选为，在所述的安装支架的一端设有圆形凸块，与所述的安装支架相连的所述的随动支架的另一端设有配合所述的圆形凸块的圆形凹槽，所述的圆形凸块嵌入所述的圆形凹槽中，并在此处设置轴承，使得所述的随动支架可相对于所述的安装支架转动。

优选为，所述的安装支架通过内端盖与所述的轴承的内圈固定，所述的随动支架通过外端盖与所述的轴承的外圈固定。

优选为，所述的轴承的个数为两个。

优选为，所述的吊杆的两端均通过吊环与所述的上横向板和所述的连接板连接。

优选为，所述的吊环通过螺母与所述的上横向板连接，且可螺母调整所述的上横向板与所述的连接板的距离。

优选为，所述的吊环通过螺母与所述的连接板连接，且可螺母调整所述的上横向板与所述的连接板的距离。

优选为，所述的上横向板与所述的上纵向板的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在横向可移动；所述的上纵向板与所述的随动支架的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在纵向可移动。

优选为，所述的下横向板与所述的下纵向板的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在横向可移动；所述的下纵向板与所述的固定板的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在纵向可移动。

优选为，所述的连接件设置在所述的连接支架的四角，所述的连接件为连接孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供一种自适应重力平衡装置，可在空间机械臂静止状态与展开运动状态下进行重力平衡。空间机械臂旋转关节不动时，本实用新型的自适应重力平衡装置处于受力平衡状态，即吊杆拉力等于空间机械臂主体部分重力与下调节组件重力和，机械臂旋转关节不承受弯矩与扭矩。空间机械臂旋转关节作展开运动时，机械臂旋转关节驱动力矩驱动机械臂主体相对机械臂固定端转动，机械臂主体带动下调节组件、重力容差组件运动，运动过程中重力容差组件的四个拉簧力存在一定的偏载，在此偏载的作用下带动上调节组件运动，进而带动随动组件的随动支架相对于安装支架转动，随动组件运动过程中，吊杆拉力等于空间机械臂主体部分重力与下调节组件重力和，机械臂旋转关节不承受弯矩与扭矩，按照自身的输出特性运动。

本实用新型提供一种自适应重力平衡装置，具有结构简单、重量轻、随动可靠、吊点可调、重心容差能力强等特点。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本实用新型的一种自适应重力平衡装置的结构示意图；

图2为本实用新型的一种自适应重力平衡装置的剖视图；

图3是本实用新型的一种自适应重力平衡装置与被平衡空间机械臂安装布局及重力平衡关系示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应该理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限定本实用新型的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和调整，仍属于本实用新型的保护范围。

为了更好的说明本实用新型，下方结合附图对本实用新型进行详细的描述。

如图1～2所示，本实用新型的一种自适应重力平衡装置，包括随动组件、上调节组件、重心容差组件和下调节组件；其中，

所述的随动组件包括安装支架1和随动支架3，所述的随动支架3可相对于所述的安装支架1转动；

所述的上调节组件包括上横向板7、上纵向板8和吊杆10，所述的随动支架3的一端设有可沿所述的随动支架3纵向移动的上纵向板8，所述的上纵向板8上设有可沿所述的上纵向板8横向移动的上横向板7，所述的吊杆10一端与所述的上横向板7连接，所述的吊杆10的另一端与连接板11连接，其中，可通过所述的吊杆10来调整所述的上横向板7与所述的连接板11的距离；

所述的重心容差组件包括所述的连接板11和若干拉簧14，所述的连接板11上设有若干个与下横向板18连接的所述的拉簧14；

所述的下调节组件包括连接支架15、固定板16、下纵向板17和所述的下横向板18，所述的连接支架15上设有所述的固定板16，所述的固定板16上设有可沿所述的固定板16纵向移动的所述的下纵向板17，所述的下纵向板17上设有可沿所述的下纵向板17横向移动的所述的下横向板18，其中，所述的连接支架15上设有连接机械臂的连接件(图中未标示)。

所述的连接件设置在所述的连接支架15的四角，所述的连接件为连接孔。

本实施例在所述的安装支架1的一端设有圆形凸块(图中未标示)，与所述的安装支架1相连的所述的随动支架3的另一端设有配合所述的圆形凸块的圆形凹槽(图中未标示)，所述的圆形凸块嵌入所述的圆形凹槽中，并在此处设置轴承2，使得所述的随动支架3可相对于所述的安装支架1转动。

所述的安装支架1通过内端盖5与所述的轴承2的内圈固定，所述的随动支架3通过外端盖4与所述的轴承2的外圈固定。

所述的轴承2的个数为两个。

为了实现调整所述的上横向板7与所述的连接板11的距离，本实施例采用所述的吊杆10的两端均通过吊环9与所述的上横向板7和所述的连接板11连接。

和，所述的吊环10通过螺母6与所述的上横向板7连接，且可螺母6调整所述的上横向板7与所述的连接板11的距离；

所述的吊环10通过螺母6与所述的连接板11连接，且可螺母6调整所述的上横向板7与所述的连接板11的距离。

为了更好地理解本实用新型的结构连接关系及工作原理、方式，以下通过一实施例进行阐述。

实施例

本实用新型的一种自适应重力平衡装置，所述安装支架1、轴承2、随动支架3、外端盖4与内端盖5组成随动组件，安装支架1与随动支架3之间由两个轴承2连接、外端盖4与内端盖5连接，安装支架1固定在安装基体上，随动支架3相对于安装支架1可相对转动。所述M10螺母6、上横向板7、上纵向板8、吊环9、吊杆10组成上调节组件，上横向板7可在上纵向板8上沿横向移动规定的距离，上纵向板8可在随动支架3上沿纵向移动规定的距离；吊环9的一端通过M10螺母6分别固定在上横向板7与连接板11上，另外一端与吊杆10连接。所述连接板11、M8螺母12、导向杆13、拉簧14与下横向板18组成一种自适应重力平衡装置的重心容差组件，连接板11与下横向板18之间由四个拉簧14连接，拉簧14中间贯穿四个导向杆13，导向杆13的末端安装M8螺母12。所述连接支架15、固定板16、下纵向板17与下横向板18组成下调节组件，下横向板18可在下纵向板17上沿横向移动规定的距离，下纵向板17可在固定板16上沿纵向移动规定的距离，下固定板16与连接支架15固定，连接支架15与被平衡重力的空间机械臂连接。

本实用新型的一种自适应重力平衡装置机构的动作原理示意如图2所示，随动组件的安装支架1通过内端盖5与两个轴承2的内圈固定，随动支架3通过外端盖4与两个轴承2的外圈固定；安装支架1固定在安装基体上，随动支架3相对于安装支架1可相对转动。上横向板7与上纵向板8的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在横向可移动一定的距离；上纵向板8与随动支架3的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在纵向可移动一定的距离。吊环9一端通过M10螺母6分别固定在上横向板7与连接板11上，另外一端与吊杆10连接，安装后旋转2个M10螺母6可调整吊杆10与两个吊环9总长度。下横向板18与下纵向板17的一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在横向可移动一定的距离；下纵向板17与固定板16一端为光孔，另一端为腰形孔，通过螺栓螺母连接，实现二者在纵向可移动一定的距离。连接板11与下横向板18之间由4个拉簧14连接，拉簧14长度可适应空间机械臂的重力。

图3是本实用新型实施例提供的一种自适应重力平衡装置与被平衡空间机械臂安装布局与重力平衡关系示意图；本实用新型的一种自适应重力平衡装置在安装调整环节时，首先固定随动组件的安装支架1，需确保随动组件的旋转中心与被平衡空间机械臂旋转关节中心位于同一直线上。其次将连接支架15固定在被平衡空间机械臂上并根据空间机械臂的重心位置与重力，调整下调节组件的下纵向板17与下横向板18，确保起吊点位于重心所在竖直线上；再次调节上调节组件的M10螺母6，确保重心容差组件的4个拉簧14合力与重力相等；最后调整上调节组件的上横向板7与上纵向板8，吊杆10中心线与空间机械臂重心所在竖直线重合。

本实用新型提供一种自适应重力平衡装置安装完毕后，可在空间机械臂静止状态与展开运动状态下进行重力平衡。空间机械臂旋转关节不动时，本实用新型的自适应重力平衡装置处于受力平衡状态，即吊杆10拉力等于空间机械臂主体部分重力与下调节组件重力和，机械臂旋转关节不承受弯矩与扭矩。空间机械臂旋转关节作展开运动时，机械臂旋转关节驱动力矩驱动机械臂主体相对机械臂固定端转动，机械臂主体带动下调节组件、重力容差组件运动，运动过程中重力容差组件的4个拉簧14的合力存在一定的偏载，在此偏载的作用下带动上调节组件运动，进而带动随动组件的随动支架相对于安装支架转动。随动组件运动过程中，吊杆10拉力等于空间机械臂主体部分重力与下调节组件重力和，机械臂旋转关节不承受弯矩与扭矩，按照自身的输出特性运动。

本实用新型的一种自适应重力平衡装置可安装在舱体的停放工装上，也可安装在舱体上刚度较高的局部结构上。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。