[发明专利]一种用于零重力环境模拟的近零刚度支承装置

权利要求书

1.一种用于零重力环境模拟的近零刚度支承装置，其特征在于，其包括近零刚度支承组件和运动跟随组件，近零刚度支承组件和运动跟随组件相互独立，并且近零刚度支承组件和运动跟随组件上下连接形成串联结构，近零刚度支承组件包括顶板(1)、底板(2)、设置在顶板和底板之间的被动支承单元和直线作动器(5)，顶板(1)和底板(2)相互平行，顶板用于承载待模拟的负载设备，被动支承单元的承载能力大于待模拟的负载设备所受的重力，运动跟随组件与底板(2)相连，用于给底板提供作用力，以使底板跟随顶板伴产生预定的速度和运动，被动支承单元、直线作动器以及运动跟随组件共同协作，以在地球环境下给待模拟的负载设备提供零重力的受力环境。

2.如权利要求1所述的一种用于零重力环境模拟的近零刚度支承装置，其特征在于，近零刚度支承组件还包括导向机构(6)，运动跟随组件包括位移传感器(8)、直线运动机构(9)、驱动控制模块(10)和底座(11)，其中，被动支承单元包括正刚度元件(3)和负刚度元件(4)，正刚度元件(3)和负刚度元件(4)相互并联，正刚度元件(3)和负刚度元件(4)设置在顶板和底板之间，被动支承单元用于被动支承负载设备的重力，导向机构(6)也设置在顶板和底板之间，并同时连接顶板和底板，所述导向机构(6)用于在运动方向上无摩擦导向，并限制所述顶板1与所述底板2之间发生相对扭转，避免零部件相互干涉；

所述位移传感器(8)布置在顶板(1)与底板(2)之间，其上端与顶板(1)连接，下端与底板(2)连接，用于监测被动支承单元的高度变化；所述直线运动机构(9)的连接于底板(2)下方，使近零刚度支承组件能够在负载设备重力方向上进行预设的移动；所述驱动控制模块(10)分别与位移传感器(8)和直线运动机构(9)电连接，用于根据接收到的位移传感器(8)的信号信息，驱动控制直线运动机构(9)；所述底座(11)顶面与直线运动机构(9)的固定端连接，底面固定连接于外部基础上；

以上装置工作时，所述驱动控制模块(10)接收位移传感器(8)的反馈信号，控制直线式作动器(5)和直线运动机构(9)运动，保证顶板(1)和底板(2)之间的相对位移恒定，使被动支承单元刚度近零且形变近零，则顶板(1)对负载设备的支承力波动近零，保持了负载设备的重力加速度为零且恒定，以实现负载设备垂向零重力的模拟。

3.根据权利要求2所述的支承装置，其特征在于，所述直线式作动器(5)与驱动控制模块(10)电连接，所述直线式作动器(5)包括定子和动子，所述定子与底板(2)相连，动子与顶板(1)相连，直线作动器(5)和被动支承单元(12)相互并联，并且直线作动器(5)相对高度和被动支承单元(12)的相对高度均可调节，二者有效工作行程的中点在高度上的差别不超过1mm或不超过二者最小工作行程的1/10。

4.根据权利要求3任一所述的支承装置，其特征在于，所述正刚度元件(3)配合连接有高度调节机构(7)，所述高度调节机构(7)用于调节被动支承单元与直线式作动器(5)的相对安装高度。

5.根据权利要求1-4任一所述的支承装置，其特征在于，所述正刚度元件(3)为金属螺旋弹簧、橡胶或空气弹簧；所述负刚度元件(4)为磁负刚度机构、预压缩弹簧负刚度机构、压杆负刚度或凸轮-滚轮-弹簧负刚度机构。

6.根据权利要求5所述的支承装置，其特征在于，所述导向机构(6)为气浮导轨。

7.根据权利要求6所述的支承装置，其特征在于，所述位移传感器(8)为光栅尺位移传感器、激光位移传感器、电涡流传感器、霍尔传感器或LVDT位移传感器。

8.根据权利要求7所述的支承装置，其特征在于，所述直线运动机构(9)为丝杠直线运动机构、气动直线运动机构、液压直线运动机构、齿轮-齿条直线运动机构、绞车提升机构、链传动机构、同步带传动机构或直线电机。

9.根据权利要求8所述的支承装置，其特征在于，所述直线式作动器(5)为音圈电机、洛伦兹电机、直线电机或磁阻电机。

10.根据权利要求9所述的支承装置，其特征在于，所述高度调节机构(7)包括螺母(7a)和螺柱(7b)，所述螺母(7a)穿过螺柱(7b)并与正刚度元件(3)配合连接，所述螺柱(7b)与所述底板(2)固定连接，旋转所述螺母(7a)能够调节正刚度元件(3)与负刚度元件(4)并联形成的被动支承单元与直线式作动器(5)的相对安装高度。