[发明专利]一种悬吊式四自由度运动模拟系统及使用方法

权利要求书

1.一种悬吊式四自由度运动模拟系统，其特征在于，悬吊式四自由度运动模拟系统包括竖直悬吊绳(1)、恒力保持系统(2)和三自由度转动系统(3)，竖直悬吊绳(1)的上端连接有由二维平动运动系统和竖直升降系统构成的动态伺服系统，恒力保持系统(2)安装在竖直悬吊绳(1)下端，三自由度转动系统(3)悬吊在恒力保持系统(2)的下方，其中，

竖直悬吊绳(1)，用于提供载荷竖直方向的悬吊和升降；

恒力保持系统(2)，用于提供竖直悬吊绳(1)的恒力保持；

三自由度转动系统(3)，用于提供三自由度被动转动，

恒力保持系统(2)包括力敏感器(4)、被动力保持系统(5)和主动补偿电机(6)，其中，

被动力保持系统(5)包括上层板(5-1)、导向滑环(5-2)、中层板(5-3)、导向杆(5-4)和下层板(5-5)，上层板(5-1)与竖直悬吊绳(1)的下端连接，中层板(5-3)设有供导向杆(5-4)穿过的通孔，导向滑环(5-2)竖直设置于通孔处，导向杆(5-4)穿过导向滑环(5-2)和中层板(5-3)上的通孔，上层板(5-1)通过导向杆(5-4)连接下层板(5-5)，

主动补偿电机(6)安装在下层板(5-5)上，下层板(5-5)上固定设置有一半封闭空间，力敏感器(4)的上端固定在中层板(5-3)上，下端穿过半封闭空间的顶面进入到半封闭空间中，

三自由度转动系统(3)包括连接杆(7)、配重块(8)、气浮球轴承(9)、载荷(10)、供气气瓶(11)和载荷壳体(12)；

连接杆(7)上套装有一弹簧，弹簧上抵力敏感器(4)的下端，下抵半封闭空间的底面，连接杆(7)的上端在半封闭空间内与力敏感器(4)的下端连接，下端穿过载荷壳体(12)的上壳体与气浮球轴承(9)的球转动连接形成固定端，气浮球轴承(9)的球窝与载荷壳体(12)连接形成移动端，配重块(8)、载荷(10)和供气气瓶(11)设置在载荷壳体(12)内，其中，

供气气瓶(11)，用于为气浮球轴承(9)提供气体；

配重块(8)，用于将模拟系统的质心配置在气浮球轴承(9)的球心处，消除重力矩影响；

气浮球轴承(9)倒置使用，用于实现气浮球轴承偏航方向的连续转动，俯仰和滚转方向不小于60度运动。

2.根据权利要求1所述的一种悬吊式四自由度运动模拟系统，其特征在于，所述主动补偿电机(6)为力闭环直线电机。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种悬吊式四自由度运动模拟系统的使用方法，其特征在于，

将竖直悬吊绳(1)、恒力保持系统(2)和三自由度转动系统(3)由上至下依次连接，安装载荷并使载荷静止在悬吊点下方，

进行配重块(8)的安装与调试，保证载荷壳体(12)所连接的系统整体质心处在气浮球轴承(9)的球心处，

当系统悬吊载荷时，连接杆(7)带动中层板(5-3)通过导向滑环(5-2)沿导向杆(5-4)向下滑动，弹簧压缩，以抵消大部分重力，力敏感器(4)测量出被动力保持系统(5)抵消掉的重力，得到需要主动补偿电机(6)补偿的力大小，由主动补偿电机(6)进行补偿，主动补偿电机(6)固定在下层板(5-5)上，根据力敏感器(4)测量出的结果控制主动补偿电机(6)的运动，调节力补偿大小，最终实现竖直方向连接杆(7)的拉力与载荷重力平衡，

当载荷运动时，首先由竖直悬吊绳(1)进行二维平动运动及竖直升降运动跟踪，保持悬吊点位置处于载荷正上方，由恒力保持系统(2)进行被动保持和主动补偿，维持竖直方向上恒力，接着，球窝相对球进行自由转动，来被动适应载荷转动运动；

若由于质心和球心位置存在一定偏差，产生外力和外力矩，从而改变了竖直方向力的大小，则同样先由被动力保持系统(5)抵消大部分变化，再由主动补偿电机(6)根据力敏感器(4)的测量结果进行补偿；

当发生竖直角度的偏转时，由竖直悬吊绳(1)上方的动态伺服系统保持悬吊点三自由度位置，最终，实现三自由度自由转动和竖直方向上的动态微重力模拟。