工件22水平设置在球形气浮轴承2的上端面上，球形气浮轴承2的下端面设置在待测工件平台21上，气罐3为球形气浮轴承2供气使其悬浮；所述大直径卷筒17的直径大于小直径卷筒18的直径；所述平衡电机9的型号为C041 ;起重电机10的型号为C090 ;第一组气浮轴承7中和第二组气浮轴承8中各轴承的型号为S304002 ;扭矩传感器13的型号为T20WN ;大扭矩传感器10-1的型号为LDN-08D-2000Nm ;所述无摩擦气缸16的型号为SCSA6378S0+KTC-125 ;激光器和光检测组件6可选用申请号2014107871427，发明名称为极坐标式无接触水平镜面倾角测量系统及测量方法中记载的装置来进行测量。
[0012]上述零重力模拟系统使用方法如下:光学测量系统由激光器6、反射镜4组成，反射镜4安装在吊索5下端，反射镜平面与吊索方向垂直反射面竖直朝上，激光器6固联在负载平台下端，发出竖直向下的参考光线，经由反射镜4返回，当吊索偏离铅垂方向时反射光线与参考光线产生夹角，光学系统经过计算即可测得吊索偏角；负载平台上主要安装有滑轮传动机构与驱动电机及配重，实现待测工件在不同工况下，系统对于对吊索拉力的控制。其中，滑轮传动机构由气浮轴承7、8支撑，减小摩擦对与控制拉力的影响；两个滑轮之间的吊索直接与无摩擦气缸16的气缸活塞连接，气缸活塞为系统提供恒定拉力，并且当工件出现竖直方向频率高幅值小抖动时，汽缸活塞通过活塞运动吸收掉部分高频干扰，减轻电机的工作负担，可实现大扬程、高精度的恒力控制及缓冲；驱动电机部分包括平衡电机9与起重电机10及配重14，配重14连接在气浮轴承8所支撑的滑轮上，在竖直方向的气浮导轨15上运动，用来平衡和抵消待测工件的重力，减小电机的负载范围，配重块的引入同时减小了扭矩传感器13量程，提高测量精度，可以为高精度的低重力模拟打下基础；平衡电机9的输出轴连接滑轮轴，补偿并控制配重14在平衡垂直方向运动时所需的拉力差，用于有配重情况下的微重力模拟，其输出力由扭矩传感器13测量，构成力控制回路；起重电机10具有较大的量程，主要功能为位置伺服，用于无配重情况下的“有根”系统高动态的微重力仿真，以及实现工件安装起吊、下放过程的位置控制。起重电机10输出轴安装有可提供电机转角和转速反馈信号的传感器，实现位置闭环功能；离合器11控制起重电机10或平衡电机9的主轴与滑轮轴的连接或分离，实现两个电机的切换使用，实现不同工况下的微重力模拟，提高该系统的应用范围；制动器12安装在滑轮轴上，可在断电挂在的情况下制动滑轮轴的运动，保证待测工件的安全；负载平台下拉的吊索在铅锤面内运动，使得被测工件完成竖直平面内的运动，并通过3自由度气浮轴承，保证待测工件在水平面内不受外界干扰力，实现3自由度旋转运动。
【主权项】
1.一种零重力模拟系统，其特征在于它包括底座(I)、球形气浮轴承(2)、气罐(3)、反射镜⑷、第一吊索绳(5)、激光器和光检测组件(6)、第一组气浮轴承(7)、第二组气浮轴承(8)、平衡电机(9)、起重电机(10)、离合器(11)、制动器(12)、扭矩传感器(13)、配重(14)、气浮导轨(15)、无摩擦气缸(16)、大直径卷筒(17)、小直径卷筒(18)、滑轮(19)、第二吊索绳(20)、待测工件平台(21); 所述大直径卷筒(I)的一端面与小直径卷筒(18)的一端面同轴连接；大直径卷筒(17)另一端的轴和小直径卷筒(18)另一端的轴通过第二组气浮轴承(8)转动安装在底座(I)上，平衡电机(9)的输出轴与扭矩传感器(13)的一端传动连接，起重电机(10)的输出轴与大扭矩传感器(10-1)的一端传动连接，扭矩传感器(13)的另一端和大扭矩传感器(10-1)的另一端都通过离合器(11)、制动器(12)与小直径卷筒(18)的转轴传动连接，第一吊索绳(5)缠绕在大直径卷筒(17)的绳槽内，第二吊索绳(20)缠绕在小直径卷筒(18)的绳槽内；气浮导轨(15)垂直安装在底座(1)，配重(14)滑动安装在气浮导轨(15)上，配重(14)吊接在第二吊索绳(20)的下端上；第一吊索绳(5)切线出大直径卷筒(17)后通过滑轮(19)变向垂直吊接待测工件平台(21);无摩擦气缸(16)的基座安装在底座(I)上，滑轮(19)通过第一组气浮轴承(7)转动安装在底座(I)上；无摩擦气缸(16)的活塞杆端头上的滑轮(16-1)转动顶在大直径卷筒(17)与滑轮(19之)间的第一吊索绳(5)上，无摩擦气缸(16)用于模拟低刚度弹簧的作用；反射镜(4)安装在滑轮(19)与待测工件平台(21)之间的第一吊索绳(5)上，激光器和光检测组件(6)安装在底座(I)上，使激光器和光检测组件(6)发射出的激光能通过反射镜(4)反射回到激光器和光检测组件(6)的光检测窗口 ；气罐(3)安装在待测工件平台(21)的下端，待测工件(22)水平设置在球形气浮轴承(2)的上端面上，球形气浮轴承(2)的下端面设置在待测工件平台(21)上，气罐(3)为球形气浮轴承(2)供气使其悬浮；所述大直径卷筒(17)的直径大于小直径卷筒(18)的直径。 所述平衡电机(9)的型号为C041 ;起重电机(10)的型号为C090 ;第一组气浮轴承(7)中和第二组气浮轴承(8)中各轴承的型号为S304002;扭矩传感器(13)的型号为T20WN;大扭矩传感器10-1的型号为LDN-08D-2000Nm;所述无摩擦气缸(16)的型号为SCSA6378S0+KTC-125。2.根据权利要求1所述的一种零重力模拟系统的使用方法，其特征在于:光学测量系统由激光器(6)、反射镜(4)组成，反射镜(4)安装在吊索(5)下端，反射镜平面与吊索方向垂直反射面竖直朝上，激光器￠)固联在负载平台下端，发出竖直向下的参考光线，经由反射镜(4)返回，当吊索偏离铅垂方向时反射光线与参考光线产生夹角，光学系统经过计算即可测得吊索偏角；负载平台上主要安装有滑轮传动机构与驱动电机及配重，实现待测工件在不同工况下，系统对于对吊索拉力的控制。其中，滑轮传动机构由第一组气浮轴承(7)、第二组气浮轴承(8)支撑，减小摩擦对与控制拉力的影响；两个滑轮之间的吊索直接与无摩擦气缸(16)的气缸活塞连接，气缸活塞为系统提供恒定拉力，并且当工件出现竖直方向频率高幅值小抖动时，汽缸活塞通过活塞运动吸收掉部分高频干扰，减轻电机的工作负担，可实现大扬程、高精度的恒力控制及缓冲；驱动电机部分包括平衡电机(9)与起重电机(10)及配重(14)，配重(14)连接在第二组气浮轴承⑶所支撑的滑轮上，在竖直方向的气浮导轨(15)上运动，用来平衡和抵消待测工件的重力，减小电机的负载范围，配重块的引入同时减小了扭矩传感器(13)量程，提高测量精度，可以为高精度的低重力模拟打下基础；平衡电机(9)的输出轴连接滑轮轴，补偿并控制配重(14)在平衡垂直方向运动时所需的拉力差，用于有配重情况下的微重力模拟，其输出力由扭矩传感器(13)测量，构成力控制回路；起重电机(10)具有较大的量程，主要功能为位置伺服，用于无配重情况下的“有根”系统高动态的微重力仿真，以及实现工件安装起吊、下放过程的位置控制。起重电机(10)输出轴安装有可提供电机转角和转速反馈信号的传感器，实现位置闭环功能；离合器(11)控制起重电机(10)或平衡电机(9)的主轴与滑轮轴的连接或分离，实现两个电机的切换使用，实现不同工况下的微重力模拟，提高该系统的应用范围；制动器(12)安装在滑轮轴上，可在断电挂在的情况下制动滑轮轴的运动，保证待测工件的安全；负载平台下拉的吊索在铅锤面内运动，使得被测工件完成竖直平面内的运动，并通过3自由度气浮轴承，保证待测工件在水平面内不受外界干扰力，实现3自由度旋转运动。
【专利摘要】本发明涉及一种零重力模拟系统，具体技术方案如下：包括底座、球形气浮轴承、气罐、反射镜、第一吊索绳、激光器和光检测组件、第一组气浮轴承、第二组气浮轴承、平衡电机、起重电机、离合器、制动器、扭矩传感器、配重、气浮导轨、无摩擦气缸、大直径卷筒、小直径卷筒、滑轮、第二吊索绳、待测工件平台；本发明的零重力模拟系统结构紧凑，可提供六自由度的模拟，克服了一般气浮式微重力设备无法进行垂直方向自由度模拟的缺点，也增加了悬吊式微重力设备在三旋转自由度上的模拟。
【IPC分类】B64G7/00
【公开号】CN105151331
【申请号】CN201510478449
【发明人】杨海林
【申请人】杨海林
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月6日