一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,該系統(tǒng)包括三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊。三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊保證航天器在低摩擦力干擾下做近似無約束的俯仰、偏航、滾動運(yùn)動；緊固模塊在電機(jī)的作用下可調(diào)整懸掛系統(tǒng)對航天器的夾緊程度；質(zhì)心找準(zhǔn)模塊在緊固模塊的配合下可在航天器結(jié)構(gòu)變化時完成對航天器質(zhì)心的自動找準(zhǔn)與自動夾緊，保證等效懸掛點(diǎn)與質(zhì)心時刻重合；數(shù)據(jù)采集控制模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號傳遞與各模塊間的協(xié)調(diào)控制，完成對變結(jié)構(gòu)航天器的質(zhì)心自動找準(zhǔn)和無約束懸掛。該方法具有單點(diǎn)懸掛即可保證變結(jié)構(gòu)航天器三個轉(zhuǎn)動自由度的運(yùn)動、系統(tǒng)間不存在耦合、易控制；質(zhì)心可自動找準(zhǔn)；夾緊力可自動調(diào)整等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)地面驗(yàn)證【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用于變結(jié)構(gòu)航天器地面驗(yàn)證的質(zhì)心自動找準(zhǔn)無約束懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航天工程是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高投入、高回報(bào)、高度復(fù)雜并且高精度的系統(tǒng)工程，它的發(fā)展程度決定能否搶占高科技制高點(diǎn)，能否最大程度的利用太空資源。毫無疑問，在我國積極開展航天技術(shù)研究迫在眉睫，然而太空環(huán)境極其惡劣，為了順利完成航天任務(wù)，必須在地面進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)，因此國內(nèi)外各航天機(jī)構(gòu)都非常重視航天器在地面的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
[0003]太空環(huán)境的一個最重要的特征是微重力，然而，地面實(shí)驗(yàn)室為有重力環(huán)境，為了在地面再現(xiàn)航天器空間微重力環(huán)境中的真實(shí)運(yùn)動情況，提高地面驗(yàn)證導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的置信度，需要在地面為航天器六自由度運(yùn)動建立一個與空間真實(shí)狀況相近的無約束微重力環(huán)境。要實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)，其核心是補(bǔ)償航天器在地面實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中所受的重力，提供航天器三自由度平動及三自由度轉(zhuǎn)動的無約束環(huán)境。現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)的手段有液浮法，失重法、氣浮法、懸掛法。失重法常見的為拋物飛行和自由落體，此方法的缺點(diǎn)是時間短、占用的空間大、能夠提供的空間有限并且成本高；液浮法阻尼大、維護(hù)成本高且只適合低速運(yùn)動的情況，而氣浮法與懸掛法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，易于建立實(shí)驗(yàn)室中的無約束微重力環(huán)境。如專利申請?zhí)枮镃N201220400797的“半主動式重力補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的氣浮六自由度模擬衛(wèi)星裝置”公布了一種通過氣足推力補(bǔ)償模擬衛(wèi)星即航天器的重力，通過氣浮軸承提供航天器近似無約束的三個姿態(tài)軸轉(zhuǎn)動自由度；專利申請?zhí)枮镃N201310466806的“一種無約束懸掛式主動重力補(bǔ)償系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法”公布了一種通過吊絲張力懸掛補(bǔ)償航天器的重力，通過無約束連接模塊提供航天器近似無約束的三個轉(zhuǎn)動自由度?？紤]到諸如空間交會對接等空間任務(wù)，需要航天器伸出對接機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得航天器整體質(zhì)心發(fā)生偏移。但是上述兩個專利所公布的試驗(yàn)系統(tǒng)姿態(tài)運(yùn)動無約束結(jié)構(gòu)部分無法適用于變結(jié)構(gòu)航天器姿態(tài)機(jī)動的驗(yàn)證試驗(yàn)。
[0004]為了克服現(xiàn)有航天器地面試驗(yàn)方法在應(yīng)對變結(jié)構(gòu)航天器質(zhì)心發(fā)生偏移時的不足，本發(fā)明提出一種適用于變結(jié)構(gòu)航天器地面驗(yàn)證的無約束懸掛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，可在航天器質(zhì)心發(fā)生偏移對其進(jìn)行自動找準(zhǔn)，與懸掛式主動重力補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合，可為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個近似無約束六自由度運(yùn)動的微重力環(huán)境，進(jìn)而再現(xiàn)其在空間微重力環(huán)境下的真實(shí)運(yùn)動，保證地面驗(yàn)證導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的有效性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，目的是實(shí)現(xiàn)航天器滾動、俯仰與偏航姿態(tài)調(diào)整時不受懸掛連接裝置的約束，同時保證航天器在任意姿態(tài)位置發(fā)生結(jié)構(gòu)變化時，在不改變其姿態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對航天器質(zhì)心的自動找準(zhǔn)，使等效懸掛點(diǎn)始終與航天器質(zhì)心重合，不引人附加偏心轉(zhuǎn)矩，確保航天器始終處于隨遇平衡的狀態(tài)，為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個近似無約束的三自由度姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動環(huán)境。
[0006]本發(fā)明基于懸掛點(diǎn)與被懸掛物體質(zhì)心重合，被懸掛物體處于隨遇平衡狀態(tài)，物體重力不產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，同時精密滾動軸承摩擦力小，滾動摩擦力產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)小于航天器姿態(tài)調(diào)整力矩，因而本發(fā)明提出的集三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊于一體的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)為變結(jié)構(gòu)航天器提供一個近似無約束的三自由度姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動環(huán)境這一預(yù)定目標(biāo)。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)包括三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊。
[0009]所述三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊可保證航天器在低摩擦力干擾下做近似無約束的俯仰、偏航、滾動運(yùn)動；所述緊固模塊在電機(jī)的作用下可調(diào)整懸掛系統(tǒng)對航天器的夾緊程度；所述質(zhì)心找準(zhǔn)模塊在所述緊固模塊的配合下可在航天器結(jié)構(gòu)變化時完成對航天器質(zhì)心的自動找準(zhǔn)與自動夾緊，保證等效懸掛點(diǎn)與質(zhì)心時刻重合，航天器的重力不影響其姿態(tài)調(diào)整運(yùn)動；所述數(shù)據(jù)采集控制模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)信號傳遞與協(xié)調(diào)控制，使系統(tǒng)各模塊按系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，完成對變結(jié)構(gòu)航天器的質(zhì)心自動找準(zhǔn)和無約束懸掛。
[0010]進(jìn)一步，所述三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊包括推力軸承內(nèi)固定件、推力軸承、推力軸承外固定件、整體固定框、筋板、螺柱、滾動軸承、軸承螺紋套、施力件、小滾動軸承軸、小滾動軸承與固定螺栓。小滾動軸承直接與航天器表面接觸，其通過小滾動軸承軸固定在施力件上，螺柱一端與施力件連接，并通過固定在滾動軸承內(nèi)的軸承螺紋套控制小滾動軸承與航天器貼合的緊密程度，在螺柱的壓緊下，當(dāng)航天器做滾動運(yùn)動時，與之接觸的小滾動軸承跟隨滾動；滾動軸承固定在整體固定框上，內(nèi)連接有軸承螺紋套，當(dāng)航天器做俯仰運(yùn)動時，在滾動軸承提供的低摩擦支撐下，小滾動軸承、施力件、螺柱、軸承螺紋套隨之一起做俯仰運(yùn)動；推力軸承上端通過推力軸承外固定件安裝在整體固定框上，其下端與推力軸承內(nèi)固定件連接，當(dāng)航天器做偏航運(yùn)動即繞著推力軸承軸線轉(zhuǎn)動時，除推力軸承下端以及推力軸承內(nèi)固定件外，其余部分隨航天器偏航運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了航天器的三個轉(zhuǎn)動自由度不受連接裝置的約束。整體固定框安裝有筋板，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0011]進(jìn)一步，所述緊固模塊包括大齒輪、單齒小齒輪與緊固伺服電機(jī)。單齒小齒輪安裝在緊固伺服電機(jī)上，緊固伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)動一周，與單齒小齒輪嚙合的大齒輪轉(zhuǎn)動一個單齒對應(yīng)的弧度，大齒輪與三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊中的螺柱固連。通過對緊固伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的控制，可控制所述三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊中小滾動軸承與航天器貼合的緊密程度。采用單齒小齒輪可避免在航天俯仰運(yùn)動時引入額外阻力轉(zhuǎn)矩，其原理在于，若小齒輪為全齒，大齒輪跟隨航天器俯仰運(yùn)動時，與之嚙合安裝在緊固伺服電機(jī)上的小齒輪跟隨轉(zhuǎn)動，從而帶動緊固伺服電機(jī)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動，引入電機(jī)軸轉(zhuǎn)動的阻力轉(zhuǎn)矩，若是單齒，當(dāng)緊固模塊不工作時，伺服電機(jī)帶動單齒小齒輪轉(zhuǎn)動到不與大齒輪嚙合的位置，則可避免額外阻力轉(zhuǎn)矩的引入。
[0012]進(jìn)一步，所述質(zhì)心找準(zhǔn)模塊包括下端支撐框、筋板、直線導(dǎo)軌、滑塊、裝夾伺服電機(jī)、小齒輪、大齒輪、螺柱、導(dǎo)軌伺服電機(jī)、同步輪、同步輪固定架、同步帶以及安裝在整體固定框上與之配合的直線導(dǎo)軌、滑塊、裝夾伺服電機(jī)、螺柱、大齒輪、小齒輪。裝夾伺服電機(jī)、螺柱、大齒輪與小齒輪構(gòu)成裝夾組。下方的直線導(dǎo)軌安裝在下端支撐框上，其上配合有可沿其運(yùn)動的滑塊，滑塊上安裝有裝夾伺服電機(jī)與螺柱，小齒輪安裝在裝夾伺服電機(jī)上，與安裝在螺柱的大齒輪嚙合，可帶動大齒輪沿螺柱軸線方向運(yùn)動緊固航天器；安裝在整體固定框上的對稱機(jī)構(gòu)與上述機(jī)構(gòu)配合完成對航天器的緊固動作。航天器被夾緊固定后，安裝在直線導(dǎo)軌上的導(dǎo)軌伺服電機(jī)通過同步輪與同步帶的傳動帶動安裝在直線導(dǎo)軌上的滑塊運(yùn)動，從而帶動航天器運(yùn)動，完成對質(zhì)心的找準(zhǔn)。下端支撐框安裝了筋板，保證穩(wěn)定性。
[0013]進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集控制模塊包括上位機(jī)PC、采集卡、驅(qū)動控制卡、距離傳感器與傾角傳感器。傾角傳感器安裝在航天器上，距離傳感器安裝在質(zhì)心找準(zhǔn)模塊中的大齒輪上。數(shù)據(jù)采集模塊協(xié)調(diào)控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與緊固模塊完成對航天器懸掛位置的調(diào)整，保證等效懸掛點(diǎn)始終與航天器的質(zhì)心重合。
[0014]根據(jù)上述的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)，本發(fā)明提出的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)航天器懸掛時三個轉(zhuǎn)動自由度即姿態(tài)調(diào)整的無約束運(yùn)動以及航天器結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時對航天器的質(zhì)心找準(zhǔn)與自動裝夾。其中航天器三個轉(zhuǎn)動自由度的無約束運(yùn)動工作原理在三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊進(jìn)行了詳細(xì)介紹，現(xiàn)在介紹航天器結(jié)構(gòu)變化時對其進(jìn)行質(zhì)心找準(zhǔn)與自動裝夾過程。當(dāng)系統(tǒng)接收到航天器結(jié)構(gòu)將要發(fā)生變化的信號時，安裝在航天器上的傾角傳感器以及安裝在質(zhì)心找準(zhǔn)模塊大齒輪上的距離傳感器將當(dāng)前信號經(jīng)采集卡傳遞給上位機(jī)PC，當(dāng)航天器結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，上位機(jī)PC根據(jù)傾角傳感器與距離傳感器的信息，控制緊固模塊工作，松開對航天器的夾持，同時控制質(zhì)心調(diào)整模塊裝夾組保持航天器當(dāng)前姿態(tài)不變的情況下，將其夾緊，然后根據(jù)航天器對接環(huán)的質(zhì)量與運(yùn)動的加速度、速度，估算航天器質(zhì)心變化的情況，控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊調(diào)整航天器的位置，進(jìn)行質(zhì)心找準(zhǔn)，當(dāng)航天器結(jié)構(gòu)變化完成后，裝夾組松開航天器，緊固模塊作用將航天器夾緊，判斷傾角傳感器上的數(shù)值是否與航天器結(jié)構(gòu)變化前的一致以及能否保證現(xiàn)有姿態(tài)，若一致并保持現(xiàn)有姿態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行驗(yàn)證工作，如不一致或不能保持現(xiàn)有姿態(tài)，緊固模塊放棄作用，質(zhì)心調(diào)整模塊啟動，再次調(diào)整航天器的位置，直到找準(zhǔn)航天器的質(zhì)心，使航天器的質(zhì)心與等價懸掛點(diǎn)重合后，進(jìn)行驗(yàn)證工作。
[0015]由上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理得出工作步驟:
[0016](I)將推力軸承內(nèi)固定件與外界固定；
[0017](2)調(diào)整緊固模塊，將航天器安裝在可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)上，初步粗略調(diào)整航天器的位置，調(diào)整施力件上小軸承的軸，使各個軸承受力均勻，確保航天器牢固夾持；
[0018](3)檢測系統(tǒng)能否靈活的跟隨航天器的滾動、俯仰、偏航運(yùn)動；
[0019](4)以上步驟完成后，系統(tǒng)上電，上位機(jī)PC根據(jù)傾角傳感器的信息，協(xié)調(diào)控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與緊固模塊協(xié)調(diào)工作，找準(zhǔn)航天器的質(zhì)心，完成等價懸掛點(diǎn)與質(zhì)心重合的懸掛；
[0020](5)質(zhì)心找準(zhǔn)自動固定后，開始航天器的相關(guān)驗(yàn)證工作，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中，當(dāng)上位機(jī)PC接收到航天器結(jié)構(gòu)變化的信息后，協(xié)調(diào)緊固模塊與質(zhì)心找準(zhǔn)模塊工作，隨時調(diào)整航天器的懸掛位置，滿足等效懸掛點(diǎn)的質(zhì)心始終與航天器的質(zhì)心重合；
[0021 ] (6)完成相關(guān)驗(yàn)證或者工作后，關(guān)閉電源，卸下航天器。
[0022]本發(fā)明對比已有技術(shù)方法具有以下特點(diǎn):
[0023]1、單點(diǎn)懸掛即可保證變結(jié)構(gòu)航天器三個轉(zhuǎn)動自由度的近似無約束運(yùn)動、結(jié)構(gòu)簡單、安裝操作方便、系統(tǒng)間不存在耦合、易控制；[0024]2、低摩擦，對航天器的姿態(tài)運(yùn)動阻力轉(zhuǎn)矩小；
[0025]3、實(shí)現(xiàn)了變結(jié)構(gòu)航天器的質(zhì)心自動找準(zhǔn)，找準(zhǔn)精度高，適用范圍廣；
[0026]4、懸掛時不改變航天器的結(jié)構(gòu)，無需附屬裝置；
[0027]5、夾緊力可自動調(diào)整。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)的正視圖:
[0029]圖中標(biāo)號:
[0030]1:小齒輪；2:滑塊；3:裝夾伺服電機(jī)；4:直線導(dǎo)軌；5:大齒輪；6:螺柱；7:距離傳感器；8:下端支撐框；9:航天器；10:小滾動軸承；11:小滾動軸承軸；12:施力件；13:緊固伺服電機(jī)；14:單齒小齒輪；15:大齒輪；16:螺柱；17:軸承螺紋套；18:滾動軸承；19:筋板；20:整體固定框；21:傾角傳感器；22:推力軸承；23:推力軸承內(nèi)固定件；24:推力軸承外固定件。
[0031]圖2是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)的側(cè)視圖:
[0032]圖中標(biāo)號:
[0033]25:同步輪固定架；26:同步帶；27:固定螺栓；28:同步輪；29:導(dǎo)軌伺服電機(jī)；30:航天器對接環(huán)。
[0034]圖3是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)A向視圖。
[0035]圖中標(biāo)號:
[0036]1:固定螺栓；2:小滾動軸承軸；3:施力件；4:施力件長方形通孔。
[0037]圖4是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)分塊圖。
[0038]圖5是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)裝夾組工作正視圖。
[0039]圖6是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)裝夾組工作側(cè)視圖。
[0040]圖7是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)的控制框圖。
[0041]圖8是本發(fā)明一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)質(zhì)心自動找準(zhǔn)工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊利用軸承將滑動轉(zhuǎn)化為滾動，實(shí)現(xiàn)了對航天器三個轉(zhuǎn)動自由度的靈活跟隨；緊固模塊在伺服電機(jī)的作用下，利用螺紋的自鎖性調(diào)整施力的大小；質(zhì)心找準(zhǔn)模塊利用航天器的質(zhì)心與等價懸掛點(diǎn)重合時保持隨遇平衡的狀態(tài)，在相關(guān)數(shù)據(jù)采集控制模塊的協(xié)調(diào)控制下，與緊固模塊一起在不影響航天器現(xiàn)有姿態(tài)的情況下完成對質(zhì)心的找準(zhǔn)，保證懸掛點(diǎn)始終與航天器質(zhì)心重合，航天器的重力對航天器的動力學(xué)特性不產(chǎn)生影響。
[0043]具體來說，八個小滾動軸承10組成的軸承組與航天器9直接接觸，在螺柱16的壓緊下，軸承組可跟隨航天器9的滾動運(yùn)動，軸承組通過小滾動軸承軸11在固定螺栓27的作用下固定在施力件12上，小滾動軸承軸11可在小范圍內(nèi)移動(具體實(shí)施方法如圖4所示，小滾動軸承軸2安裝在施力件3上的施力件長方形通孔4內(nèi)，可沿施力件長方形通孔在通孔范圍內(nèi)移動，當(dāng)位置調(diào)整好后，利用固定螺栓I將其緊固。)，位置確定后由固定螺栓27固定在施力件12上，他們構(gòu)成的類似小車的組件與螺柱16連接，螺柱16安裝在嵌進(jìn)滾動軸承18的軸承螺紋套17內(nèi)，在滾動軸承18提供的低摩擦支撐下，可跟隨航天器9的俯仰運(yùn)動。螺柱16上端安裝有大齒輪15，大齒輪15與單齒小齒輪14嚙合，在安裝在整體固定框20上的緊固伺服電機(jī)13的帶動下轉(zhuǎn)動，帶動螺柱16左右運(yùn)動，控制軸承組與航天器9的貼合程度即夾緊程度。滾動軸承18安裝在整體固定框20上，為了保證系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在整體固定框20上安裝有筋板19。推力軸承22通過推力軸承外固定件24安裝在整體固定框20上，另一端通過推力軸承內(nèi)固定件23與外界連接，推力軸承保證系統(tǒng)整體可跟隨航天器9的偏航運(yùn)動。質(zhì)心調(diào)整模塊的結(jié)構(gòu)相對于三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊與緊固模塊的結(jié)構(gòu)較為獨(dú)立，直線導(dǎo)軌4安裝在下端支撐框8上，其上配合有可以沿其運(yùn)動的滑塊2，滑塊2上安裝有螺柱6與裝夾伺服電機(jī)3，裝夾伺服電機(jī)3可以帶動安裝在其上的小齒輪I轉(zhuǎn)動，從而帶動安裝在螺柱6上的大齒輪運(yùn)動，大齒輪5上安裝有距離傳感器7，時刻測量到航天器9的距離。螺柱6、裝夾伺服電機(jī)3、小齒輪1、大齒輪5與距離傳感器7構(gòu)成的組件共四組，他們共同構(gòu)成了質(zhì)心調(diào)整模塊的裝夾組如圖2所示，裝夾組可完成對航天器任意姿態(tài)的裝夾如圖5、圖6所示。同步帶26固定在滑塊2上，同步帶的兩端各有一同步輪，同步輪28安裝在導(dǎo)軌伺服電機(jī)29上，導(dǎo)軌伺服電機(jī)29安裝在直線導(dǎo)軌4上，另一同步輪通過同步輪固定架25固定在直線導(dǎo)軌4上，在與下端支撐框8安裝有導(dǎo)軌4的對稱的整體固定框20的位置安裝有隨動的直線導(dǎo)軌與滑塊，在伺服電機(jī)29的帶動下，滑塊2可沿直線導(dǎo)軌運(yùn)動，帶動航天器9運(yùn)動，完成對質(zhì)心的找準(zhǔn)，具體工作流程如圖8所示。
[0044]結(jié)合上述說明系統(tǒng)工作的基本步驟為:
[0045]I)將推力軸承內(nèi)固定件與外界固定；
[0046]2)調(diào)整緊固模塊，將航天器安裝在可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)上，初步粗略調(diào)整航天器的位置，調(diào)整施力件上小軸承的軸，使各個軸承受力均勻，確保航天器牢固夾持；
[0047]3)檢測系統(tǒng)能否靈活的跟隨航天器的滾動、俯仰、偏航運(yùn)動；
[0048]4)以上步驟完成后，系統(tǒng)上電，上位機(jī)PC根據(jù)傾角傳感器的信息，協(xié)調(diào)控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與緊固模塊協(xié)調(diào)工作，找準(zhǔn)航天器的質(zhì)心，完成等價懸掛點(diǎn)與質(zhì)心重合的懸掛；
[0049]5)質(zhì)心找準(zhǔn)自動固定后，開始航天器的相關(guān)驗(yàn)證工作，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中，當(dāng)PC接收到航天器結(jié)構(gòu)變化的信息后，協(xié)調(diào)緊固模塊與質(zhì)心找準(zhǔn)模塊，隨時調(diào)整航天器的懸掛位置，滿足等效懸掛點(diǎn)的質(zhì)心始終與航天器的質(zhì)心重合；
[0050]6)完成相關(guān)驗(yàn)證或者工作后，關(guān)閉電源，卸下航天器。
【權(quán)利要求】
1.一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征是:系統(tǒng)包括三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊、緊固模塊、質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與數(shù)據(jù)采集控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，其特征是:所述三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊包括推力軸承內(nèi)固定件、推力軸承、推力軸承外固定件、整體固定框、筋板、螺柱、滾動軸承、軸承螺紋套、施力件、小滾動軸承軸、小滾動軸承與固定螺栓；小滾動軸承直接與航天器表面接觸，其通過小滾動軸承軸固定在施力件上，小軸承軸可以在施力件上的方形通孔范圍內(nèi)移動，螺柱一端與施力件連接，并通過固定在滾動軸承內(nèi)的軸承螺紋套控制小滾動軸承與航天器貼合的緊密程度，在螺柱的壓緊下，當(dāng)航天器做滾動運(yùn)動時，與之接觸的小滾動軸承跟隨滾動；滾動軸承固定在整體固定框上，內(nèi)連接有軸承螺紋套，當(dāng)航天器做俯仰運(yùn)動時，在滾動軸承提供的低摩擦支撐下，小滾動軸承、施力件、螺柱、軸承螺紋套隨之一起做俯仰運(yùn)動；推力軸承上端通過推力軸承外固定件安裝在整體固定框上，其下端與推力軸承內(nèi)固定件連接，當(dāng)航天器做偏航運(yùn)動即繞著推力軸承軸線轉(zhuǎn)動時，除推力軸承下端以及推力軸承內(nèi)固定件外，其余部分隨航天器偏航運(yùn)動；整體固定框安裝有筋板。
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，其特征是:所述緊固模塊包括大齒輪、單齒小齒輪與緊固伺服電機(jī)；單齒小齒輪安裝在緊固伺服電機(jī)上并與大齒輪嚙合，大齒輪與三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊中的螺柱固連；通過對緊固伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動的控制，可控制所述三自由度轉(zhuǎn)動隨動模塊中小滾動軸承與航天器貼合的緊密程度；采用單齒小齒輪避免在航天俯仰運(yùn)動時引入額外阻力轉(zhuǎn)矩。
4.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，其特征是:所述質(zhì)心找準(zhǔn)模塊包括下端支撐框、筋板、直線導(dǎo)軌、滑塊、裝夾伺服電機(jī)、小齒輪、大齒輪、螺柱、導(dǎo)軌伺服電機(jī)、同步輪、同步輪固定架、同步帶以及安裝在整體固定框上與之配合的直線導(dǎo)軌、滑塊、裝夾伺服電機(jī)、螺柱、大齒輪、小齒輪；裝夾伺服電機(jī)、螺柱、大齒輪與小齒輪構(gòu)成裝夾組；下方的直線導(dǎo)軌安裝在下端支撐框上，其上配合有可沿其運(yùn)動的滑塊，滑塊上安裝有裝夾伺服電機(jī)與螺柱，小齒輪安裝在裝夾伺服電機(jī)上，與安裝在螺柱上的大齒輪嚙合，可帶動大齒輪沿螺柱軸線 方向運(yùn)動緊固航天器；安裝在整體固定框上的對稱機(jī)構(gòu)與上述機(jī)構(gòu)配合完成對航天器的緊固動作；航天器被夾緊固定后，安裝在直線導(dǎo)軌上的導(dǎo)軌伺服電機(jī)通過同步輪與同步帶的傳動帶動安裝在直線導(dǎo)軌上的滑塊運(yùn)動，從而帶動航天器運(yùn)動，完成對質(zhì)心的找準(zhǔn)；下端支撐框安裝有筋板。
5.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，其特征是所述數(shù)據(jù)采集控制模塊包括上位機(jī)PC、采集卡、驅(qū)動控制卡、距離傳感器與傾角傳感器；傾角傳感器安裝在航天器上，距離傳感器安裝在質(zhì)心找準(zhǔn)模塊中的大齒輪上；數(shù)據(jù)采集模塊協(xié)調(diào)控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與緊固模塊完成對航天器懸掛位置的調(diào)整，保證等效懸掛點(diǎn)始終與航天器的質(zhì)心重合。
6.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)，其特征是:該系統(tǒng)的工作步驟如下: (1)將推力軸承內(nèi)固定件與外界固定； (2)調(diào)整緊固模塊，將航天器安裝在可質(zhì)心自動找準(zhǔn)的無約束懸掛系統(tǒng)上，初步粗略調(diào)整航天器的位置，調(diào)整施力件上小軸承的軸，使各個軸承受力均勻，確保航天器牢固夾持； (3)檢測系統(tǒng)能否靈活的跟隨航天器的滾動、俯仰、偏航運(yùn)動；(4)以上步驟完成后，系統(tǒng)上電，上位機(jī)PC根據(jù)傾角傳感器的信息，協(xié)調(diào)控制質(zhì)心找準(zhǔn)模塊與緊固模塊協(xié)調(diào)工作，找準(zhǔn)航天器的質(zhì)心，完成等價懸掛點(diǎn)與質(zhì)心重合的懸掛； (5)質(zhì)心找準(zhǔn)自動固定后，開始航天器的相關(guān)驗(yàn)證工作，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中，當(dāng)上位機(jī)PC接收到航天器結(jié)構(gòu)變化的信息后，協(xié)調(diào)緊固模塊與質(zhì)心找準(zhǔn)模塊，隨時調(diào)整航天器的懸掛位置，滿足等效懸掛點(diǎn)的質(zhì)心始終與航天器的質(zhì)心重合； (6 )完成相關(guān)驗(yàn)證或者工`作后，關(guān)閉電源，卸下航天器。
【文檔編號】B64G7/00GK103818567SQ201410109898
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】賈英民, 賈嬌, 孫施浩 申請人:北京航空航天大學(xué)