專利名稱：多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣浮裝置，尤其是一種二維無摩擦運(yùn)動的氣浮吊掛裝置。
背景技術(shù)：
太陽翼由數(shù)塊太陽電池板和一個連接架相互鉸接組成，它們依靠壓緊機(jī)構(gòu)收攏折疊于衛(wèi)星本體側(cè)壁上。當(dāng)衛(wèi)星入軌后，最后展成一個平面的太陽電池陣，為衛(wèi)星在軌道上工作提供主要的電源。太陽翼地面展開試驗(yàn)裝置，是在地面上模擬太空中太陽帆板展開試驗(yàn)的通用設(shè)備之一，通過吊掛裝置與太陽板或者連接架相連，為太陽翼提供與真實(shí)展開條件類似的零重力、兩自由度運(yùn)動模擬條件，模擬實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星太陽翼的展開，可分析太陽翼展開時(shí)間，展開后狀態(tài)等。由于重力和摩擦阻力等因素影響，在地面上模擬太空中太陽帆板展開試驗(yàn)是極其困難的，且代價(jià)高昂。經(jīng)資料顯示，在地面試驗(yàn)過程中，太陽翼采用了導(dǎo)軌小車在橫向?qū)к壓涂v向?qū)к壣弦苿觼韺?shí)現(xiàn)地面展開試驗(yàn)，該試驗(yàn)裝置由支撐結(jié)構(gòu)、縱向?qū)к墶M向?qū)к墶u臂架、懸掛單元組成。太陽翼的外板、中板、內(nèi)板初始狀態(tài)壓緊在模擬墻上，懸掛單元的作用力通過各太陽基板的質(zhì)心，通過有滾輪的小車和橫向?qū)к壪噙B接，橫向小車可在橫向?qū)к壣匣瑒樱瑱M向?qū)к壨ㄟ^帶有滾輪的小車即縱向小車可在縱向?qū)к壣匣瑒印Ｌ栆矸逭归_的過程中，各懸掛點(diǎn)沿縱向橫向做不規(guī)則曲線運(yùn)動，但是上述零重力展開試驗(yàn)裝置的橫向縱向?qū)к壘鶠閹L輪的小車，因而無法消除摩擦力的影響，在模擬太陽翼帆板展開過程中對其運(yùn)動產(chǎn)生力的影響，因此這種設(shè)計(jì)存在很多的缺陷。由于氣浮導(dǎo)軌具有摩擦阻力小、運(yùn)動精度高、清潔無污染等特點(diǎn)，因而氣浮導(dǎo)軌代替常用導(dǎo)軌在實(shí)現(xiàn)無摩擦運(yùn)動裝置中得到廣泛應(yīng)用。氣浮導(dǎo)軌由氣浮軸和氣浮套組成，氣浮套與氣浮軸之間的氣隙要求為微米級，因此氣浮軸的同軸度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到重力作用，對氣浮軸材料的彎曲剛度要求很高。隨著運(yùn)動件移動距離的增力口，氣浮軸的長度增加，因?yàn)闅飧≥S是細(xì)長桿件，要保證氣浮軸長度全長與氣浮套之間的間隙，加工難度很大。因此，氣浮導(dǎo)軌常能應(yīng)用在短距離無摩擦運(yùn)動裝置中。因而專利申請?zhí)枮?01010165973. 2的“用于長距離的無摩擦氣浮導(dǎo)軌”公開了一種利用常規(guī)直線導(dǎo)軌技 術(shù)，通過主動控制普通直線導(dǎo)軌滑塊運(yùn)動，保證大范圍運(yùn)動時(shí)直線導(dǎo)軌的精度，并結(jié)合小范圍氣浮導(dǎo)軌技術(shù)，保證承導(dǎo)件運(yùn)動時(shí)始終在氣浮導(dǎo)軌范圍內(nèi)，，從而跟隨承導(dǎo)件運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)長距離的無摩擦直線運(yùn)動的裝置。同樣，專利申請?zhí)枮?01010165536. O的“用于超長距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的無摩擦氣浮裝置”、專利申請?zhí)枮?01010165255. 5的“不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點(diǎn)一維運(yùn)動軌跡的氣浮裝置”、專利申請?zhí)枮?01010165602. 4的“不受氣管擾動影響的長距離氣浮直線導(dǎo)軌”、專利申請?zhí)枮?01010165658. X的“不受氣管擾動力影響的超長距離跟隨吊點(diǎn)運(yùn)動軌跡的氣浮裝置”也都巧妙地將軸向長距離無摩擦移動嫁接到一般精度的滑塊導(dǎo)軌組件上，即可實(shí)現(xiàn)氣浮套在極短氣浮軸隨運(yùn)動件的大位移移動。但是，這些方案只能實(shí)現(xiàn)一維的無摩擦平動，無法追蹤太陽翼懸掛點(diǎn)的平面運(yùn)動。
專利申請?zhí)枮?01010165949. 9的“不受氣管擾動影響的組合氣浮裝置”公布了一種雙層氣浮裝置，這是一種通過多層疊加可實(shí)現(xiàn)各類無摩擦運(yùn)動的裝置，但是由于氣浮軸是細(xì)長桿件，在長距離場合下氣浮軸幾乎無法加工，因此這種設(shè)計(jì)為短行程氣浮裝置。申請?zhí)枮?01010166032. O的“二維平面氣浮導(dǎo)軌零重力吊架”公開了一種橫向使用一根長氣浮導(dǎo)軌，縱向上利用電機(jī)驅(qū)動直線長導(dǎo)軌配合小范圍氣浮導(dǎo)軌，從而實(shí)現(xiàn)二維無摩擦平動。但是由于橫向氣浮導(dǎo)軌加工難度的限制，無法進(jìn)行橫向大位移的隨動運(yùn)動，難以達(dá)到橫向長距離傳輸，存在一定的缺陷。另一方面，太陽翼是由多塊太陽板相互鉸接而成，每塊太陽板都有一個吊掛點(diǎn)，在太陽翼模擬展開的過程中，需要對每塊太陽板提供吊掛支撐和軌跡追隨。這樣就需要多個吊掛點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行二維內(nèi)平面運(yùn)動，且不相互干涉，因此有很大的難度
發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有二維氣浮裝置的無法實(shí)現(xiàn)大位移長距離隨動運(yùn)動、吊掛點(diǎn)單一的不足，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)大位移長距離隨動運(yùn)動且多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置，包括單層吊掛裝置和展開試驗(yàn)架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導(dǎo)軌系統(tǒng)，所述支撐部件包括兩塊上吊板、兩塊下吊板、吊桿、兩塊橫向?qū)к壔瑝K、一對防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座和縱向氣浮軸，所述氣浮隨動部件包括一個氣浮座、橫向氣浮套、縱向氣浮套、橫向氣浮軸、橫桿、橫桿固定件、氣墊支座和吊掛工裝，所述導(dǎo)軌系統(tǒng)包括橫向線性模組、橫向?qū)к墮M梁、縱向?qū)к壔瑝K和縱向?qū)к墸黄渲校鰞蓧K上吊板各自與一塊橫向?qū)к壔瑝K相連接，下吊板的四角分別通過吊桿與上吊板相連接，與其中一塊上吊板連接的四根吊桿中，兩兩相鄰的兩根吊桿的中部安裝所述防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座，所述縱向氣浮軸的兩端固定在兩個防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，所述縱向氣浮套套裝在縱向氣浮軸上，所述氣浮座與橫向氣浮套、縱向氣浮套密封連接，所述橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述橫桿的一端通過橫桿固定件固定安裝在橫向氣浮軸的兩端，氣浮墊通過氣墊支座與橫桿固定，氣浮墊與兩塊下吊板平行且存在間隙；所述橫向?qū)к壔瑝K可滑動地安裝在橫向線性模組上，所述橫向線性模組安裝在橫向?qū)к墮M梁上，橫向?qū)к墮M梁的兩端固定在縱向?qū)к壍目v向?qū)к壔瑝K上，縱向?qū)к壔瑝K可滑動地安裝在縱向?qū)к壣希凰隹v向?qū)к壘€性模組通過支撐件水平固定在展開試驗(yàn)架上，所述展開試驗(yàn)架在豎直方向分多層，每層一組獨(dú)立的單層吊掛裝置。進(jìn)一步，所述單層吊掛裝置還包括檢測部件，所述檢測部件包括橫向位移傳感器、縱向位移傳感器和霍爾傳感器，所述橫向位移傳感器安裝在下滑臺上，對應(yīng)的擋光板安裝在橫向氣浮軸的末端，所述縱向位移傳感器安裝在防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，對應(yīng)的擋光板安裝在氣浮座上，所述霍爾傳感器安裝在兩個防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，所述感應(yīng)磁鐵安裝在氣浮座上。兩塊橫向?qū)к壔瑝K間有設(shè)定的距離，保證單層吊掛裝置多層鋪設(shè)時(shí)各吊掛系統(tǒng)間相互無干擾。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)大位移長距離隨動運(yùn)動，滿足多吊掛點(diǎn)懸掛。


圖I是多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖1，一種二維長距離無摩擦運(yùn)動的吊掛裝置，包括支撐部件、隨動部件、檢測裝置及導(dǎo)軌系統(tǒng)，其中支撐部件由兩塊上吊板I、兩塊下吊板7、八根吊桿3、兩塊橫向?qū)к壔瑝K2、一對防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座8、縱向氣浮軸9構(gòu)成。氣浮隨動部件由一個氣浮座10、橫向氣浮套、縱向氣浮套、橫向氣浮軸11、橫桿4、橫桿固定件12、氣墊支座5、氣浮墊6、吊掛工裝13組成。檢測裝置由橫向縱向激光位移傳感器及對應(yīng)的感光板、一對霍爾傳感器及對應(yīng)的永磁鐵組成。所述兩塊上吊板各自與兩塊橫向?qū)к壔瑝K相連接，所述兩塊下滑臺分別通過四根 吊桿與上吊板相連接，所述縱向氣浮軸固定在防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，所述防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座套裝在吊桿中部，所述縱向氣浮套套裝在縱向氣浮軸上，所述氣浮座與橫向縱向氣浮套密封連接，所述橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述橫桿的一端通過橫桿固定件固定安裝在橫向氣浮軸的兩端，所述圓氣浮墊通過氣墊支座與橫桿固定，圓氣浮墊與兩塊下滑臺平行且存在一定的間隙。所述橫向位移傳感器安裝在下滑臺上，對應(yīng)的擋光板安裝在橫向氣浮軸的末端，可準(zhǔn)確測量橫向氣浮軸移動的相對位移。所述縱向位移傳感器安裝在防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，對應(yīng)的擋光板安裝在氣浮座上，可準(zhǔn)確測量縱向氣浮座移動的相對位移。所述霍爾傳感器安裝在兩個防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，對應(yīng)的擋光板安裝在氣浮座上。所述縱向?qū)к壘€性模組通過支撐件水平固定在展開試驗(yàn)架上，所述展開試驗(yàn)架在豎直方向分多層，每層一組獨(dú)立的單層吊掛裝置。多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置采用的基本技術(shù)思路為通過支撐部件將氣浮裝置固定在橫向?qū)к壔_的下方，可以隨滑臺一起運(yùn)動，平面運(yùn)動氣浮裝置的隨動部件可以在氣浮座上做無摩擦平面運(yùn)動，即縱向氣浮套能夠沿著縱向無摩擦運(yùn)動，橫向氣浮軸能夠沿著橫向無摩擦運(yùn)動，通過氣浮座，橫向氣浮套和縱向氣浮套空間上呈90°，縱向氣浮套運(yùn)動時(shí)候?qū)訖M向氣浮裝置一起隨動。橫向氣浮軸兩端通過橫桿固定件與橫桿相連接，橫桿通過氣墊支座配有四塊圓氣浮墊，橫桿中部套裝吊掛工裝，故隨動部件可在平面內(nèi)無摩擦運(yùn)動。采用兩塊橫向?qū)к壔瑝K及橫桿、氣浮墊的設(shè)計(jì)，是為了多層吊掛時(shí)各單層吊掛系統(tǒng)間無影響，并且承載能力增強(qiáng)。氣浮裝置通過氣浮座供氣，伸縮氣管接氣浮座進(jìn)氣口，氣浮座內(nèi)部為空腔，可接通橫向和縱向氣浮套進(jìn)氣口。進(jìn)氣伸縮氣管與下滑臺固定，可隨滑塊橫向伸縮運(yùn)動，再供給氣浮座，由于伸縮氣管質(zhì)輕，伸縮性好，隨動距離短，因而氣浮座沿軸向運(yùn)動時(shí)，氣管產(chǎn)生的擾動影響很小。縱向和橫向方向均裝有激光位移傳感器和霍爾傳感器，激光位移傳感器可測量橫向氣浮軸、縱向氣浮套運(yùn)動的相對位移，將信號反饋給導(dǎo)軌系統(tǒng)，通過伺服電機(jī)控制導(dǎo)軌滑塊移動，保證氣浮裝置隨動部件始終在其短行程范圍內(nèi)無摩擦運(yùn)動，虛擬延長了被動跟隨的范圍。霍爾傳感器起限位保護(hù)作用，當(dāng)運(yùn)動過程中位移傳感器或其他部件產(chǎn)生故障，橫向縱向氣浮裝置運(yùn)動超過極限行程，就會拉扯太陽帆板造成損壞，因而通過霍爾傳感器反饋信號給導(dǎo)軌系統(tǒng)，限制原來方向的運(yùn)動，起到保護(hù)的作用。因太陽翼主要是沿著縱向展開的，因而霍爾傳感器只安裝在縱向氣浮裝置上。橫向?qū)к壙裳刂鴻M向線性模組運(yùn)動，橫向線型模組安裝在橫向?qū)к墮M梁上，橫向?qū)к墮M梁的兩端固定在縱向?qū)к壍幕瑝K上，縱向?qū)к壔瑝K可沿著縱向?qū)к夁\(yùn)動。橫向和縱向伺服電機(jī)通過帶輪驅(qū)動導(dǎo)軌滑塊運(yùn)動，縱向伺服電機(jī)隨縱向滑塊一起運(yùn)動。橫向和縱向?qū)к壘衅鋫鞲衅飨到y(tǒng)及控制系統(tǒng)，在太陽翼展開過程中，根據(jù)平面運(yùn)動氣浮裝置反饋過來的位移信號，準(zhǔn)確控制滑塊移動相應(yīng)的距離，保證承導(dǎo)件運(yùn)動時(shí)始終在氣浮導(dǎo)軌范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)長距離無摩擦的平面運(yùn)動。由于單層吊掛系統(tǒng)在空間上分層布置，在跟隨太陽板展開的運(yùn)動過程中，吊掛裝置縱向橫向運(yùn)動時(shí)不能發(fā)生碰撞干涉。太陽翼是沿著縱向方向展開的，在太陽翼收攏狀態(tài)時(shí)，吊掛裝置間距離最短，即各單層吊掛裝置需滿足橫向和縱向距離要求，使得吊掛裝置不相互干涉在。本裝置設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用兩塊橫向?qū)к壔瑝K，兩塊橫向?qū)к夐g的距離滿足太陽翼 展開時(shí)橫向位移的要求，橫導(dǎo)軌橫梁及橫向線型模組不超過兩塊太陽板吊點(diǎn)間最小距離的兩倍，因而吊掛太陽板時(shí)縱向之間不產(chǎn)生干涉。太陽板處于壓縮狀態(tài)時(shí)，吊掛裝置間距離很短，但是由于平面運(yùn)動氣浮裝置為無摩擦運(yùn)動，靈活性很高，所以，當(dāng)?shù)鯍煅b置未處于垂直的穩(wěn)態(tài)時(shí)，氣浮裝置會靈活追隨其運(yùn)動，這時(shí)，若信號反饋給導(dǎo)軌伺服系統(tǒng)時(shí)，會引起主動跟隨，這樣很容易使得吊掛裝置與其他單層吊掛裝置發(fā)生碰撞，導(dǎo)軌系統(tǒng)的主動干預(yù)會對太陽板產(chǎn)生比較大的力的影響，這是不被允許的。因而在太陽板展開前，我們采用伺服系統(tǒng)慢速控制，靈敏度稍低，這樣在氣浮裝置小范圍的晃動中不會引起導(dǎo)軌的主動運(yùn)動，很快使吊掛裝置達(dá)到穩(wěn)態(tài)。在太陽板展開時(shí)，我們采伺服系統(tǒng)快速控制，靈敏度極高，能滿足太陽板高速展開時(shí)速度跟隨的要求。本發(fā)明的效果及優(yōu)點(diǎn)在于氣浮導(dǎo)軌與氣浮墊相互配合，增加了吊掛裝置的承載力；導(dǎo)軌系統(tǒng)主動跟隨，與平面運(yùn)動氣浮裝置相互配合，放大了跟蹤誤差，虛擬延長了氣浮支撐裝置的被動跟隨行程；激光位移傳感器能準(zhǔn)確的測量氣浮裝置的行程并反饋給導(dǎo)軌系統(tǒng)，通過位移速度加速度的計(jì)算，主動跟隨系統(tǒng)可靠性高；安裝了霍爾傳感器，起到保護(hù)作用，安全系數(shù)高；單層懸掛系統(tǒng)多層鋪設(shè)，實(shí)現(xiàn)多吊點(diǎn)同時(shí)二維無摩擦運(yùn)動，相互間無干涉；兩塊橫向滑塊的設(shè)計(jì)，保證了單層吊掛裝置多層鋪設(shè)時(shí)各吊掛系統(tǒng)間相互無干擾；導(dǎo)軌控制系統(tǒng)中快速控制和慢速控制相結(jié)合，在太陽翼展開前后，多層吊掛機(jī)構(gòu)間不相互干涉，工作正常；平面運(yùn)動氣浮裝置無電線擾動力的影響。
權(quán)利要求
1.一種多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置，其特征在于包括單層吊掛裝置和展開試驗(yàn)架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導(dǎo)軌系統(tǒng)，所述支撐部件包括兩塊上吊板、兩塊下吊板、吊桿、兩塊橫向?qū)к壔瑝K、一對防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座和縱向氣浮軸，所述氣浮隨動部件包括一個氣浮座、橫向氣浮套、縱向氣浮套、橫向氣浮軸、橫桿、橫桿固定件、氣墊支座和吊掛工裝，所述導(dǎo)軌系統(tǒng)包括橫向線性模組、橫向?qū)к墮M梁、縱向?qū)к壔瑝K和縱向?qū)к墸黄渲校? 所述兩塊上吊板各自與一塊橫向?qū)к壔瑝K相連接，下吊板的四角分別通過吊桿與上吊板相連接，與其中一塊上吊板連接的四根吊桿中，兩兩相鄰的兩根吊桿的中部安裝所述防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座，所述縱向氣浮軸的兩端固定在兩個防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，所述縱向氣浮套套裝在縱向氣浮軸上，所述氣浮座與橫向氣浮套、縱向氣浮套密封連接，所述橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述橫桿的一端通過橫桿固定件固定安裝在橫向氣浮軸的兩端，氣浮墊通過氣墊支座與橫桿固定，氣浮墊與兩塊下吊板平行且存在間隙； 所述橫向?qū)к壔瑝K可滑動地安裝在橫向線性模組上，所述橫向線性模組安裝在橫向?qū)к墮M梁上，橫向?qū)к墮M梁的兩端固定在縱向?qū)к壍目v向?qū)к壔瑝K上，縱向?qū)к壔瑝K可滑動地安裝在縱向?qū)к壣希? 所述縱向?qū)к壘€性模組通過支撐件水平固定在展開試驗(yàn)架上，所述展開試驗(yàn)架在豎直方向分多層，每層一組獨(dú)立的單層吊掛裝置。
2.如權(quán)利要求I所述的多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置，其特征在于所述單層吊掛裝置還包括檢測部件，所述檢測部件包括橫向位移傳感器、縱向位移傳感器和霍爾傳感器，所述橫向位移傳感器安裝在下滑臺上，對應(yīng)的擋光板安裝在橫向氣浮軸的末端，所述縱向位移傳感器安裝在防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，對應(yīng)的擋光板安裝在氣浮座上，所述霍爾傳感器安裝在兩個防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座上，所述感應(yīng)磁鐵安裝在氣浮座上。
3.如權(quán)利要求I或2所述的多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置，其特征在于兩塊橫向?qū)к壔瑝K間有設(shè)定的距離。
全文摘要
一種多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動的二維無摩擦氣浮吊掛裝置，包括單層吊掛裝置和展開試驗(yàn)架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導(dǎo)軌系統(tǒng)，所述支撐部件包括兩塊上吊板、兩塊下吊板、吊桿、兩塊橫向?qū)к壔瑝K、一對防轉(zhuǎn)導(dǎo)桿座和縱向氣浮軸，所述氣浮隨動部件包括一個氣浮座、橫向氣浮套、縱向氣浮套、橫向氣浮軸、橫桿、橫桿固定件、氣墊支座和吊掛工裝，所述導(dǎo)軌系統(tǒng)包括橫向線性模組、橫向?qū)к墮M梁、縱向?qū)к壔瑝K和縱向?qū)к墸凰隹v向?qū)к壘€性模組通過支撐件水平固定在展開試驗(yàn)架上，所述展開試驗(yàn)架在豎直方向分多層，每層一組獨(dú)立的單層吊掛裝置。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)大位移長距離隨動運(yùn)動且多吊掛點(diǎn)配合運(yùn)動。
文檔編號F16C32/06GK102913551SQ20121040322
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者葉必卿, 周海清, 孫建輝, 單曉杭, 周丹鋒 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)