[发明专利]一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法

说明书

本发明公开了一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法，该方法基于重力取向旋转台的微重力环境模拟装置，该装置包括转台支架、电机及减速器、承重平台以及固定于承重平台上含间隙铰的二连杆机构，该旋转台能够实现180度连续转动并自锁，保证试验机构旋转铰能够处于不同重力势之下。本发明的实验方法对于旋转铰运动副间隙的测量采用基于应变测量技术的应变片间隙测量方法，实现不同重力取向条件下含间隙二连杆机构运动过程中待测轴承质心运动轨迹的获取。在本发明的重力取向旋转台，还可进行不同重力取向条件下的柔性空间机构的关节柔性、臂杆柔性和振动谱的研究。

技术领域

本发明涉及一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法。

背景技术

随着航天技术的发展，各种空间机构的使用将越来越普遍。任何空间机构在设计、装配和使用过程中，因机构必要的动配合、制造过程中的误差和使用过程的磨损等因素，空间机构铰间间隙是必然存在的。含铰间间隙的空间机构必然会遇到重力及其释放条件下运动行为差异的问题。

针对空间机构微重力环境问题，国际上研制出一批空间机构地面模拟试验装置，现有的微重力环境地面模拟试验方法主要包括吊丝配重、气浮和水浮等，这些模拟方法在一定程度上取得了工程应用。但附带的实验装置及测控系统设备庞大且控制复杂，而且因绳索柔性及干涉，致使模拟的运动空间受限。因此设计一种简单的重力取向装置并给出相应的实验方法对于进行不同重力取向条件下的空间机构运动行为差异研究具有重要实际意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法：该方法利用基于重力取向旋转台的微重力环境模拟试验装置以及含间隙旋转铰的二连杆机构，提出一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法，实现不同重力取向条件下含间隙空间机构运动行为的实验研究，能够克服现有技术中采用悬吊、气浮等方法进行微重力环境模拟的不足。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种不同重力取向条件下含间隙铰质心运动轨迹实验分析方法，包括一用于模拟空间机械臂中存在于转动关节中的运动副间隙的含间隙铰的二连杆机构，一用于模拟含间隙铰的二连杆机构的旋转铰处于不同重力势之下状态的重力取向旋转台；实验分析过程为：利用重力取向旋转台模拟不同的重力取向，测量含间隙铰的二连杆在不同重力取向、不同间隙大小以及不同运行速度下二连杆的旋转铰运动副间隙，将运动副间隙转换为间隙铰质心运动轨迹，并根据测量结果进行间隙铰质心运动轨迹分析。

进一步的，在实验分析过程中，旋转铰运动副间隙的测量方法是应变片间隙测量方法或激光位移传感器间隙测量方法或者上述两种方法的组合；其中应变片间隙测量方法是将含间隙铰的质心位移量转化为应变片的形变量，通过测量应变片的应变量来得出质心位移量变化。

其中在应变片间隙测量方法中，所用的测量机构为两片贴有应变片的黄铜弹片，两片黄铜弹片呈正交位置固定于夹持具上，且弹片的一端始终与待测轴表面保持接触。

进一步的，所述重力取向旋转台包括承重平台，固定承重平台的转台支架，驱动承重平台转动的电机及减速器，所述承重平台能够在180°范围内连续转动并自锁。所述重力取向旋转台的减速器采用蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器的螺旋升角使旋转台可以在承重状态下保持自锁，在电机停止的情况下锁死转轴，保证平台的稳定性。

进一步的，所述含间隙铰的二连杆机构包括用于模拟空间机械臂与基座相连臂杆的下连杆，用于模拟空间机械臂完成动作执行臂杆的上连杆，上连杆固定于连杆轴一端，连杆轴通过间隙轴套和下连杆连接，下连杆通过联轴器和驱动电机连接；其中连杆轴和间隙轴套构成的旋转铰运动副用于模拟实际机械臂中存在于转动关节中的运动副间隙。

更进一步的，所述联轴器为弹性柱销联轴器，所述驱动电机为力矩电机。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：