[发明专利]一种失重运动状态模拟装置

说明书

技术领域

本发明涉及失重运动模拟的实现方式，具体地说是一种失重运动状态模拟装置。

背景技术

为了模拟空间完全六自由度环境，采用气浮方法可以实现两个水平方向的平动和偏航转动自由，采用二维转台和合理的配重结构设计可以实现俯仰，滚转两个转动自由，竖直方向的平动自由要求能够模拟出无重力环境，而且主动件时刻都可以处于自由的状态，因此需要始终提供与重力等大反向的力进行平衡，并且随着主动件在要求的上下运动行程范围内，主动件是完全自由的。但是，目前，还没有成熟的方法或装置能够达到这种竖直方向完全失重运动的模拟，一般的方案，装置所能达到的效果与所要求的完全失重状态还有很大的差距。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种失重运动状态模拟装置。该装置利用比例配重的方法实现竖直方向的失重运动模拟，配重后系统的动力学特性与系统本身的动力学特性一致。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种失重运动状态模拟装置，包括吊带、滑轮轴、主动件滑轮、配重滑轮、主动件、配重块、气浮导柱、气浮滑块、配重导柱及伺服电机，其中滑轮轴为两根、并平行设置，各滑轮轴上均套装有主动件滑轮和两个配重滑轮，所述两个配重滑轮对称设于主动件滑轮的两侧，每个滑轮轴的两端分别与一个气浮导柱的上端转动连接；所述主动件通过气浮滑块与各气浮导柱连接，所述主动件的两端分别通过吊带与同侧的主动件滑轮连接；各滑轮轴的下方均设有配重导柱，所述配重块滑动套装于配重导柱上，配重块的两端分别通过吊带与相对应的配重滑轮连接；两个滑轮轴分别与设置于滑轮轴两端的两个伺服电机连接，两个滑轮轴分别通过两个伺服电机的驱动同时反向旋转。

所述气浮导柱为外方内圆结构，所述气浮滑块为方形、并相对面上对称设有多个与导气管相连的导气孔，使导气孔与气浮导柱之间形成气膜。

所述各滑轮轴的两端通过气浮轴承安装于相对应的气浮导柱上端设有的气浮轴承座上。所述各滑轮轴与伺服电机相对的一端设有角度测量装置。

所述主动件通过主动件连接装置与气浮滑块连接。所述主动件连接装置套装于气浮滑块的外侧、并与浮滑块的连接面上设有叠簧。

所述配重滑轮的半径R大于主动件滑轮的半径r。

所述配重导柱为方框体，所述配重块上设有与配重导柱滑动连接的方形孔，该方形孔的各内壁上均设有配重导柱连接滑轮，所述配重块通过配重导柱连接滑轮在配重导柱上滑动。

所述配重块的上方两端对称设置与吊带连接的吊带夹，所述吊带夹之间的距离与滑轮轴上两个配重滑轮之间的距离相同，配重块的中心线与配重导柱的中心线重合，主动件质心上下运动形成的质心线与两配重导柱的中心线位于同一平面内、且该平面与两滑轮轴中心线相互垂直。

所述主动件的质心位于整套装置布局的几何中心，四个气浮导柱和气浮滑块四边形对称布置，所述主动件两侧对称设有吊带夹，所述吊带与吊带夹连接。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明通过大小不等的配重滑轮和主动件滑轮做到比例配重，实现竖直方向的失重运动模拟，结构简单模拟效果好。

2.本发明通过气浮导柱、气浮滑块的组合做到无摩擦运动，通过配重导柱连接滑轮使摩擦力降到最低，使失重运动模拟得以实现。

3.本发明配重后系统的动力特性与系统本身的动力学特性一致，模拟效果真实可靠。

4.本发明可用于进行局部动作，与其他自由度的实现可以做到完全不干涉，并可以进行任意的组合运动，因此可以进行广泛的推广运用。

5.本发明即可以进行主动运动实现，也可以实现完全自由无阻力的被动动作，且切换操作方便。

6.本发明结构简单，安装方便，便于维护。

附图说明

图1为本发明的结构主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为Z向重力平衡原理图，图中：(a)为当撞击力F向下时的重力平衡原理图；(b)为当撞击力F向上时的重力平衡原理图。

其中：1为吊带，2为滑轮轴，3为主动件滑轮，4为配重滑轮，5为主动件，6为配重块，7为气浮导柱，8为气浮滑块，9为配重导柱，10为伺服电机，11为角度测量装置，12为气浮轴承座，13为制动装置，14为吊带夹，15为主动件连接装置，16为配重导柱连接滑轮，17为气浮轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。