专利名称：多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气浮装置，尤其是一种二维无摩擦运动的气浮吊挂装置。
背景技术：
太阳翼由数块太阳电池板和一个连接架相互铰接组成，它们依靠压紧机构收拢折叠于卫星本体侧壁上。当卫星入轨后，最后展成一个平面的太阳电池阵，为卫星在轨道上工作提供主要的电源。太阳翼地面展开试验装置，是在地面上模拟太空中太阳帆板展开试验的通用设备之一，通过吊挂装置与太阳板或者连接架相连，为太阳翼提供与真实展开条件类似的零重力、两自由度运动模拟条件，模拟实现卫星太阳翼的展开，可分析太阳翼展开时间，展开后状态等。由于重力和摩擦阻力等因素影响，在地面上模拟太空中太阳帆板展开试验是极其困难的，且代价高昂。经资料显示，在地面试验过程中，太阳翼采用了导轨小车在横向导轨和纵向导轨上移动来实现地面展开试验，该试验装置由支撑结构、纵向导轨、横向导轨、摇臂架、悬挂单元组成。太阳翼的外板、中板、内板初始状态压紧在模拟墙上，悬挂单元的作用力通过各太阳基板的质心，通过有滚轮的小车和横向导轨相连接，横向小车可在横向导轨上滑动，横向导轨通过带有滚轮的小车即纵向小车可在纵向导轨上滑动。太阳翼帆板展开的过程中，各悬挂点沿纵向横向做不规则曲线运动，但是上述零重力展开试验装置的横向纵向导轨均为带滚轮的小车，因而无法消除摩擦力的影响，在模拟太阳翼帆板展开过程中对其运动产生力的影响，因此这种设计存在很多的缺陷。由于气浮导轨具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，因而气浮导轨代替常用导轨在实现无摩擦运动装置中得到广泛应用。气浮导轨由气浮轴和气浮套组成，气浮套与气浮轴之间的气隙要求为微米级，因此气浮轴的同轴度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到重力作用，对气浮轴材料的弯曲刚度要求很高。随着运动件移动距离的增力口，气浮轴的长度增加，因为气浮轴是细长杆件，要保证气浮轴长度全长与气浮套之间的间隙，加工难度很大。因此，气浮导轨常能应用在短距离无摩擦运动装置中。因而专利申请号为201010165973. 2的“用于长距离的无摩擦气浮导轨”公开了一种利用常规直线导轨技术，通过主动控制普通直线导轨滑块运动，保证大范围运动时直线导轨的精度，并结合小范围气浮导轨技术，保证承导件运动时始终在气浮导轨范围内，，从而跟随承导件运动，实现长距离的无摩擦直线运动的装置。同样，专利申请号为201010165536. O的“用于超长距离跟随吊点运动轨迹的无摩擦气浮装置”、专利申请号为201010165255. 5的“不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置”、专利申请号为201010165602. 4的“不受气管扰动影响的长距离气浮直线导轨”、专利申请号为201010165658. X的“不受气管扰动力影响的超长距离跟随吊点运动轨迹的气浮装置”也都巧妙地将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般精度的滑块导轨组件上，即可实现气浮套在极短气浮轴随运动件的大位移移动。但是，这些方案只能实现一维的无摩擦平动，无法追踪太阳翼悬挂点的平面运动。[0006]专利申请号为201010165949. 9的“不受气管扰动影响的组合气浮装置”公布了一种双层气浮装置，这是一种通过多层叠加可实现各类无摩擦运动的装置，但是由于气浮轴是细长杆件，在长距离场合下气浮轴几乎无法加工，因此这种设计为短行程气浮装置。申请号为201010166032. O的“二维平面气浮导轨零重力吊架”公开了一种横向使用一根长气浮导轨，纵向上利用电机驱动直线长导轨配合小范围气浮导轨，从而实现二维无摩擦平动。但是由于横向气浮导轨加工难度的限制，无法进行横向大位移的随动运动，难以达到横向长距离传输，存在一定的缺陷。另一方面，太阳翼是由多块太阳板相互铰接而成，每块太阳板都有一个吊挂点，在太阳翼模拟展开的过程中，需要对每块太阳板提供吊挂支撑和轨迹追随。这样就需要多个吊挂点同时进行二维内平面运动，且不相互干涉，因此有很大的难度。
发明内容为了克服已有二维气浮装置的无法实现大位移长距离随动运动、吊挂点单一的不足，本实用新型提供一种实现大位移长距离随动运动且多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置，包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，所述支撑部件包括两块上吊板、两块下吊板、吊杆、两块横向导轨滑块、一对防转导杆座和纵向气浮轴，所述气浮随动部件包括一个气浮座、横向气浮套、纵向气浮套、横向气浮轴、横杆、横杆固定件、气垫支座和吊挂工装，所述导轨系统包括横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨；其中，所述两块上吊板各自与一块横向导轨滑块相连接，下吊板的四角分别通过吊杆与上吊板相连接，与其中一块上吊板连接的四根吊杆中，两两相邻的两根吊杆的中部安装所述防转导杆座，所述纵向气浮轴的两端固定在两个防转导杆座上，所述纵向气浮套套装在纵向气浮轴上，所述气浮座与横向气浮套、纵向气浮套密封连接，所述横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述横杆的一端通过横杆固定件固定安装在横向气浮轴的两端，气浮垫通过气垫支座与横杆固定，气浮垫与两块下吊板平行且存在间隙；所述横向导轨滑块可滑动地安装在横向线性模组上，所述横向线性模组安装在横向导轨横梁上，横向导轨横梁的两端固定在纵向导轨的纵向导轨滑块上，纵向导轨滑块可滑动地安装在纵向导轨上；所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。进一步，所述单层吊挂装置还包括检测部件，所述检测部件包括横向位移传感器、纵向位移传感器和霍尔传感器，所述横向位移传感器安装在下滑台上，对应的挡光板安装在横向气浮轴的末端，所述纵向位移传感器安装在防转导杆座上，对应的挡光板安装在气浮座上，所述霍尔传感器安装在两个防转导杆座上，所述感应磁铁安装在气浮座上。两块横向导轨滑块间有设定的距离，保证单层吊挂装置多层铺设时各吊挂系统间相互无干扰。[0016]本实用新型的有益效果主要表现在实现大位移长距离随动运动，满足多吊挂点悬挂。
图1是多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。参照图1，一种二维长距离无摩擦运动的吊挂装置，包括支撑部件、随动部件、检测装置及导轨系统，其中支撑部件由两块上吊板1、两块下吊板7、八根吊杆3、两块横向导轨滑块2、一对防转导杆座8、纵向气浮轴9构成。气浮随动部件由一个气浮座10、横向气浮套、纵向气浮套、横向气浮轴11、横杆4、横杆固定件12、气垫支座5、气浮垫6、吊挂工装13组成。检测装置由横向纵向激光位移传感器及对应的感光板、一对霍尔传感器及对应的永磁铁组成。所述两块上吊板各自与两块横向导轨滑块相连接，所述两块下滑台分别通过四根吊杆与上吊板相连接，所述纵向气浮轴固定在防转导杆座上，所述防转导杆座套装在吊杆中部，所述纵向气浮套套装在纵向气浮轴上，所述气浮座与横向纵向气浮套密封连接，所述横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述横杆的一端通过横杆固定件固定安装在横向气浮轴的两端，所述圆气浮垫通过气垫支座与横杆固定，圆气浮垫与两块下滑台平行且存在一定的间隙。所述横向位移传感器安装在下滑台上，对应的挡光板安装在横向气浮轴的末端，可准确测量横向气浮轴移动的相对位移。所述纵向位移传感器安装在防转导杆座上，对应的挡光板安装在气浮座上，可准确测量纵向气浮座移动的相对位移。所述霍尔传感器安装在两个防转导杆座上，对应的挡光板安装在气浮座上。所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置采用的基本技术思路为通过支撑部件将气浮装置固定在横向导轨滑台的下方，可以随滑台一起运动，平面运动气浮装置的随动部件可以在气浮座上做无摩擦平面运动，即纵向气浮套能够沿着纵向无摩擦运动，横向气浮轴能够沿着横向无摩擦运动，通过气浮座，横向气浮套和纵向气浮套空间上呈90°，纵向气浮套运动时候将会带动横向气浮装置一起随动。横向气浮轴两端通过横杆固定件与横杆相连接，横杆通过气垫支座配有四块圆气浮垫，横杆中部套装吊挂工装，故随动部件可在平面内无摩擦运动。采用两块横向导轨滑块及横杆、气浮垫的设计，是为了多层吊挂时各单层吊挂系统间无影响，并且承载能力增强。气浮装置通过气浮座供气，伸缩气管接气浮座进气口，气浮座内部为空腔，可接通横向和纵向气浮套进气口。进气伸缩气管与下滑台固定，可随滑块横向伸缩运动，再供给气浮座，由于伸缩气管质轻，伸缩性好，随动距离短，因而气浮座沿轴向运动时，气管产生的扰动影响很小。纵向和横向方向均装有激光位移传感器和霍尔传感器，激光位移传感器可测量横向气浮轴、纵向气浮套运动的相对位移，将信号反馈给导轨系统，通过伺服电机控制导轨滑块移动，保证气浮装置随动部件始终在其短行程范围内无摩擦运动，虚拟延长了被动跟随的范围。霍尔传感器起限位保护作用，当运动过程中位移传感器或其他部件产生故障，横向纵向气浮装置运动超过极限行程，就会拉扯太阳帆板造成损坏，因而通过霍尔传感器反馈信号给导轨系统，限制原来方向的运动，起到保护的作用。因太阳翼主要是沿着纵向展开的，因而霍尔传感器只安装在纵向气浮装置上。横向导轨可沿着横向线性模组运动，横向线型模组安装在横向导轨横梁上，横向导轨横梁的两端固定在纵向导轨的滑块上，纵向导轨滑块可沿着纵向导轨运动。横向和纵向伺服电机通过带轮驱动导轨滑块运动，纵向伺服电机随纵向滑块一起运动。横向和纵向导轨均有其传感器系统及控制系统，在太阳翼展开过程中，根据平面运动气浮装置反馈过来的位移信号，准确控制滑块移动相应的距离，保证承导件运动时始终在气浮导轨范围内，从而实现长距离无摩擦的平面运动。由于单层吊挂系统在空间上分层布置，在跟随太阳板展开的运动过程中，吊挂装置纵向横向运动时不能发生碰撞干涉。太阳翼是沿着纵向方向展开的，在太阳翼收拢状态时，吊挂装置间距离最短，即各单层吊挂装置需满足横向和纵向距离要求，使得吊挂装置不相互干涉在。本装置设计当中，采用两块横向导轨滑块，两块横向导轨间的距离满足太阳翼展开时横向位移的要求，横导轨横梁及横向线型模组不超过两块太阳板吊点间最小距离的两倍，因而吊挂太阳板时纵向之间不产生干涉。太阳板处于压缩状态时，吊挂装置间距离很短，但是由于平面运动气浮装置为无摩擦运动，灵活性很高，所以，当吊挂装置未处于垂直的稳态时，气浮装置会灵活追随其运动，这时，若信号反馈给导轨伺服系统时，会引起主动跟随，这样很容易使得吊挂装置与其他单层吊挂装置发生碰撞，导轨系统的主动干预会对太阳板产生比较大的力的影响，这是不被允许的。因而在太阳板展开前，我们采用伺服系统慢速控制，灵敏度稍低，这样在气浮装置小范围的晃动中不会引起导轨的主动运动，很快使吊挂装置达到稳态。在太阳板展开时，我们采伺服系统快速控制，灵敏度极高，能满足太阳板高速展开时速度跟随的要求。本实用新型的效果及优点在于气浮导轨与气浮垫相互配合，增加了吊挂装置的承载力；导轨系统主动跟随，与平面运动气浮装置相互配合，放大了跟踪误差，虚拟延长了气浮支撑装置的被动跟随行程；激光位移传感器能准确的测量气浮装置的行程并反馈给导轨系统，通过位移速度加速度的计算，主动跟随系统可靠性高；安装了霍尔传感器，起到保护作用，安全系数高；单层悬挂系统多层铺设，实现多吊点同时二维无摩擦运动，相互间无干涉；两块横向滑块的设计，保证了单层吊挂装置多层铺设时各吊挂系统间相互无干扰；导轨控制系统中快速控制和慢速控制相结合，在太阳翼展开前后，多层吊挂机构间不相互干涉，工作正常；平面运动气浮装置无电线扰动力的影响。
权利要求1.一种多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置，其特征在于包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，所述支撑部件包括两块上吊板、两块下吊板、吊杆、两块横向导轨滑块、一对防转导杆座和纵向气浮轴，所述气浮随动部件包括一个气浮座、横向气浮套、纵向气浮套、横向气浮轴、横杆、横杆固定件、气垫支座和吊挂工装，所述导轨系统包括横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨；其中， 所述两块上吊板各自与一块横向导轨滑块相连接，下吊板的四角分别通过吊杆与上吊板相连接，与其中一块上吊板连接的四根吊杆中，两两相邻的两根吊杆的中部安装所述防转导杆座，所述纵向气浮轴的两端固定在两个防转导杆座上，所述纵向气浮套套装在纵向气浮轴上，所述气浮座与横向气浮套、纵向气浮套密封连接，所述横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述横杆的一端通过横杆固定件固定安装在横向气浮轴的两端，气浮垫通过气垫支座与横杆固定，气浮垫与两块下吊板平行且存在间隙； 所述横向导轨滑块可滑动地安装在横向线性模组上，所述横向线性模组安装在横向导轨横梁上，横向导轨横梁的两端固定在纵向导轨的纵向导轨滑块上，纵向导轨滑块可滑动地安装在纵向导轨上； 所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。
2.如权利要求1所述的多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置，其特征在于所述单层吊挂装置还包括检测部件，所述检测部件包括横向位移传感器、纵向位移传感器和霍尔传感器，所述横向位移传感器安装在下滑台上，对应的挡光板安装在横向气浮轴的末端，所述纵向位移传感器安装在防转导杆座上，对应的挡光板安装在气浮座上，所述霍尔传感器安装在两个防转导杆座上，所述感应磁铁安装在气浮座上。
3.如权利要求1或2所述的多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置，其特征在于两块横向导轨滑块间有设定的距离。
专利摘要一种多吊挂点配合运动的二维无摩擦气浮吊挂装置，包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，所述支撑部件包括两块上吊板、两块下吊板、吊杆、两块横向导轨滑块、一对防转导杆座和纵向气浮轴，所述气浮随动部件包括一个气浮座、横向气浮套、纵向气浮套、横向气浮轴、横杆、横杆固定件、气垫支座和吊挂工装，所述导轨系统包括横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨；所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。本实用新型实现大位移长距离随动运动且多吊挂点配合运动。
文档编号F16C32/06GK202901027SQ201220544579
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者叶必卿, 周丹锋, 周海清, 孙建辉, 单晓杭 申请人:浙江工业大学