[发明专利]二维主动跟随减重吊挂装置

说明书

技术领域

本发明涉及减重吊挂技术领域，尤其是一种二维主动跟随减重吊挂装置。

背景技术

如在地面模拟月球环境进行机构的运动性能测试试验，由于地面的重力是月球表面的6倍，模拟装置须提供月面1/6g重力环境模拟。

我们以月球车的机械臂伸展为例，机械臂绕机座可以在与地面平行的平面内转动，机械臂的伸展臂和腕部俯仰关节绕着肩部俯仰关节可以在与地面垂直的平面内运动，机械臂在转动过程中伸展臂和腕部俯仰关节之间的相对位置不变，可以看作一个刚体。吊挂装置通过机械臂的质心悬挂，在机械臂伸展的过程中，我们要在竖直方向提供一个恒定的吊挂力，并对质心在与地面平行的平面内运动不产生附加的力，主动跟随其运动。

二维主动跟随减重吊挂系统装置是通过悬挂绳与被跟随件连接，主要实现垂直地面方向的恒力减重吊挂及与地面平行的平面内的主动运动跟随，保证运动过程中悬挂绳处于拉紧且竖直的状态。

现有技术通常采用直线导轨、转轴和滑轮组来实现,悬挂绳通过滑轮组分别与减重砝码和被跟随件相连接，来提供垂直方向的恒定吊挂力，再将滑轮组安装在导轨滑块上，通过滑块在直线导轨上的运动实现水平运动跟随,直线导轨一端可绕转轴旋转，实现平面内二维被动跟随。然而此装置中，滑轮组自身内部存在摩擦阻力、滑轮组与悬挂绳之间存在变动的摩擦力，摩擦力作用在悬挂绳上，从而改变了悬挂绳上的作用力的大小；另一方面，导轨滑块与线性模组之间的摩擦力，直接影响水平方向主动跟随的精度。由于空气轴承具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，因而采用空气轴承做滑轮组，代替普通滑轮减少摩擦，采用气浮轴承与直线滑块相配合实现水平方向无摩擦被动跟随，气浮垫配合气浮轴承实现转轴无摩擦转动进一步改良了减重吊挂装置。。如专利申请号为201010165657.5的“三维气浮随动装置”就公布了这种采用气浮轴承、减重砝码、直线导轨、转轴组成的减重吊挂装置。虽然此装置消除了滑块与导轨之间、转轴与立柱之间以及滑轮内在的摩擦阻力的影响，但是悬挂绳与气浮轴承间的摩擦力影响并没有消除，并且减重砝码的质量很高，当被跟随件在竖直方向加速或减速运动时，减重砝码会因惯性而产生一个极大的附加力，作用在悬挂绳上。所以，这种装置很难保证一个恒定的、高精度的减重吊挂，而只适用于慢速或匀速运动跟随的减重模拟。

发明内容

为了克服现有装置悬挂绳和滑轮之间的摩擦力、减重砝码惯性力影响，避免减重吊挂力不稳定，气浮装置成本高、气源供气复杂且难以维护等缺点，本发明提供了一种实现恒张力控制和二维主动跟随的减重吊挂装置，实现被跟随件与地面水平和竖直方向的高精度运动跟随，且提供持续恒定的竖直方向的吊挂力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种二维主动跟随减重吊挂装置，包括二维主动跟随系统和恒张力控制系统，其中，

所述恒张力控制系统包括安装支架、张力感应组件和卷绳组件，所述张力感应组件包括用以测量卷绳组件出来的悬挂绳的张力的两个张力传感器，所述张力传感器安装在张力传感器支架上所述导向轮安装在导向轮支架上，所述导向轮支架安装在传感器支架上；

所述卷绳组件包括卷绳组件座、丝杠、卷绳轴、卷筒、大齿轮、导向轮和小齿轮，所述卷筒固定安装在卷绳轴上，所述卷绳轴通过键槽与大齿轮连接，所述大齿轮与小齿轮啮合，所述小齿轮与丝杠通过键槽连接，所述卷绳轴与丝杠两端通过滚动轴承安装在卷绳组件座上，所述导向轮通过安装板固定卷绳组件座上，所述卷绳组件座固定安装在安装支架上；

所述二维主动跟随系统包括导轨滑块、线性模组、导轨横梁、转轴、旋转梁、第一控制电机、第二控制电机、横向角度感应组件和纵向角度感应组件，所述导轨滑块与恒张力控制系统中的安装支架底部相连接，所述第一控制电机安装在线性模组的一端，所述导轨滑块可滑动地安装在所述线性模组上，所述线性模组固定在导轨横梁上，所述导轨横梁末端与转轴固定，所述转轴通过轴承套装在上下旋转梁座上，所述转轴与所述第二控制电机的输出轴联动，所述横向角度感应组件和纵向角度感应组件安装在所述安装支架上，所述横向角度感应组件和纵向角度感应组件之间空间上呈90度。

进一步，所述两个张力传感器在空间上呈90°布局，悬挂绳通过卷绳组件出来经过导向轮再缠绕在所述两个张力传感器上。