[发明专利]一种微重力环境地面气浮模拟机构、系统及其工作方法

说明书

技术领域

本发明属于一种空间微重力环境地面模拟技术领域，具体指代一种用于空间机构地面空间微重力环境模拟的重力平衡气浮机构、系统及其工作方法。

背景技术

对于平面内运动的空间机构微重力环境地面模拟的重力平衡方式，主要有吊挂、支撑等方式。支撑方式包括气浮、导轨等方式。关键是减少空间机构与重力平衡机构之间摩擦等因素造成的作用力和地球重力的分量。对于大惯量/大质量空间机构，采用一般的吊挂、导轨等重力平衡方式，重力平衡机构与支撑机构之间摩擦力很大，往往无法满足很多空间微重力环境模拟的要求。气浮方式由于几乎没有摩擦，获得了广泛的应用，但是对于大面积运动情况，假若采用一整块气浮支撑平台，需要气浮支撑平台台面面积大，制作成本高；假若采用多块，面临着接缝处抖动等问题。无论单块还是多块支撑台面的方式，总体的制作成本仍然很高。

本发明针对大面积平面运动大惯量/大质量空间机构微重力环境地面模拟重力平衡问题，通过引入一个可跟随空间机构(气浮)运动的气浮支撑底台，相对于采用大面积气浮支撑台面的气浮重力平衡方式，减小了气浮台支撑台面的面积，降低了加工制作安装的难度和成本。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种微重力环境地面模拟重力平衡气浮系统及其工作方法，以解决现有技术中吊挂、导轨等重力平衡方式大惯量/大质量空间机构模拟时，摩擦力太大和大面积运动中气浮重力平衡方式大面积支撑台面制作安装成本高等问题。

为达到上述目的，本发明的一种微重力环境地面气浮模拟机构，包括：气浮装置、底台随动机构；底台随动机构包含：底台、导轨、电机、测距传感器；其中，气浮装置上安装有空间机构或者模拟件；工作时，气浮装置浮于底台随动机构的底台上表面，空间机构或者模拟件运动带动气浮装置运动，底台随动机构跟随气浮装置运动，保持气浮装置底部位于底台上表面中心位置。

优选地，所述的气浮装置与外在的气源连接。

优选地，所述的底台随动机构与气浮装置组合成气浮系统，工作时，底台上表面作为气浮系统的支撑台面；测距传感器用于实时测量气浮装置相对于底台的位置信息，并将位置信息反馈给驱动控制系统；电机安装在底台下部，驱动底台沿导轨运动。

优选地，所述的底台随动机构的底台上表面比气浮装置下表面的尺寸大，底台上表面相对于气浮装置下表面之间的空间由气浮装置上安装的空间机构或者模拟件的运动和底台随动机构的跟随能力确定。

本发明还提供一种微重力环境地面气浮模拟系统，包括：气浮模拟机构、驱动控制系统、气浮单元控制系统、人机交互和显示系统；该气浮模拟机构包括：气浮装置、底台随动机构；底台随动机构包含：底台、导轨、电机、测距传感器；其中，气浮装置上安装有空间机构或者模拟件；工作时，气浮装置浮于底台随动机构的底台上表面，空间机构或者模拟件运动带动气浮装置运动，底台随动机构跟随气浮装置运动，保持气浮装置底部位于底台上表面中心位置；驱动控制系统与底台随动机构的测距传感器和电机相连，用于驱动控制电机运动；气浮单元控制系统用于气浮装置的气浮控制，调节外在气源的气压、流速；人机交互和显示系统用于启动、停止、随动及相关指令的输入、底台随动机构状态及气浮状态的显示，发送指令到驱动控制系统按指令控制底台随动机构，并进行显示。

优选地，所述的底台随动机构与气浮装置组合成气浮系统，工作时，底台上表面作为气浮系统的支撑台面；测距传感器用于实时测量气浮装置相对于底台的位置信息，并将位置信息反馈给驱动控制系统；电机安装在底台下部，驱动底台沿导轨运动。

优选地，所述的底台随动机构的底台上表面比气浮装置下表面的尺寸大，底台上表面相对于气浮装置下表面之间的空间由气浮装置上安装的空间机构或者模拟件的运动和底台随动机构的跟随能力确定。

本发明还提供一种微重力环境地面气浮模拟系统的工作方法，包括如下：

通过气浮单元控制系统启动气浮模拟机构中气浮装置的气浮控制，使装有空间机构或者模拟件的气浮装置浮于底台随动机构的底台之上；

通过驱动控制系统启动底台随动机构，空间机构或者模拟件运动带动气浮装置运动；

底台随动机构上的测距传感器实时测量气浮装置的位置，并将位置信息反馈给驱动控制系统，驱动控制系统控制电机的转速驱动底台沿导轨跟随气浮装置运动，保持气浮装置底部位于底台上表面中心位置。

本发明的有益效果：