專利名稱：二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及氣浮裝置，尤其是一種二維無摩擦運動的氣浮吊掛裝置。
背景技術：
太陽翼由數塊太陽電池板和一個連接架相互鉸接組成，它們依靠壓緊機構收攏折疊于衛星本體側壁上。當衛星入軌后，最后展成一個平面的太陽電池陣，為衛星在軌道上工作提供主要的電源。太陽翼地面展開試驗裝置，是在地面上模擬太空中太陽帆板展開試驗的通用設備之一，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展開條件類似的零重力、兩自由度運動模擬條件，模擬實現衛星太陽翼的展開，可分析太陽翼展開時間，展開后狀態等。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是極其困難的，且代價高昂。經資料顯示，在地面試驗過程中，太陽翼采用了導軌小車在橫向導軌和縱向導軌上移動來實現地面展開試驗，該試驗裝置由支撐結構、縱向導軌、橫向導軌、搖臂架、懸掛單元組成。太陽翼的外板、中板、內板初始狀態壓緊在模擬墻上，懸掛單元的作用力通過各太陽基板的質心，通過有滾輪的小車和橫向導軌相連接，橫向小車可在橫向導軌上滑動，橫向導軌通過帶有滾輪的小車即縱向小車可在縱向導軌上滑動。太陽翼帆板展開的過程中，各懸掛點沿縱向橫向做不規則曲線運動，但是上述零重力展開試驗裝置的橫向縱向導軌均為帶滾輪的小車，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動產生力的影響，因此這種設計存在很多的缺陷。由于氣浮導軌具有摩擦阻力小、運動精度高、清潔無污染等特點，因而氣浮導軌代替常用導軌在實現無摩擦運動裝置中得到廣泛應用。氣浮導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。隨著運動件移動距離的增加，氣浮軸的長度增加，因為氣浮軸是細長桿件，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，氣浮導軌常能應用在短距離無摩擦運動裝置中。因而專利申請號為201010165973. 2的“用于長距離的無摩擦氣浮導軌”公開了一種利用常規直線導軌技術，通過主動控制普通直線導軌滑塊運動，保證大范圍運動時直線導軌的精度，并結合小范圍氣浮導軌技術，保證承導件運動時始終在氣浮導軌范圍內，，從而跟隨承導件運動，實現長距離的無摩擦直線運動的裝置。同樣，專利申請號為201010165536. O的“用于超長距離跟隨吊點運動軌跡的無摩擦氣浮裝置”、專利申請號為201010165255. 5的“不受氣管擾動影響的超長距離跟隨吊點一維運動軌跡的氣浮裝置”、專利申請號為201010165602. 4的“不受氣管擾動影響的長距離氣浮直線導軌”、專利申請號為201010165658. X的“不受氣管擾動力影響的超長距離跟隨吊點運動軌跡的氣浮裝置”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軌組件上，即可實現氣浮套在極短氣浮軸隨運動件的大位移移動。但是，這些方案只能實現一維的無摩擦平動，無法追蹤太陽翼懸掛點的平面運動。
3
專利申請號為201010165949. 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現各類無摩擦運動的裝置，但是由于氣浮軸是細長桿件，在長距離場合下氣浮軸幾乎無法加工，因此這種設計為短行程氣浮裝置。申請號為201010166032. O的“二維平面氣浮導軌零重力吊架”公開了一種橫向使用一根長氣浮導軌，縱向上利用電機驅動直線長導軌配合小范圍氣浮導軌，從而實現二維無摩擦平動。但是由于橫向氣浮導軌加工難度的限制，無法進行橫向大位移的隨動運動，難以達到橫向長 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，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同時進行二維內平面運動，且不相互干涉，因此有很大的難度。

發明內容
為了克服已有二維氣浮裝置的無法實現大位移長距離隨動運動的不足，本發明提供一種實現大位移長距離隨動運動，滿足多層吊掛裝置間的配合運動的二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置，包括單層吊掛裝置和展開試驗架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導軌系統，所述支撐部件包括兩根縱向氣浮軸、一塊傳感器安裝板和左右兩套縱向氣浮軸固定架，所述氣浮隨動部件包括兩個縱向氣浮套、兩個橫向氣浮套、兩個氣浮座、伸縮氣管、一根橫向氣浮軸和吊掛工裝，所述檢測部件包括橫向位移傳感器和縱向位移傳感器，所述導軌系統包括橫向滑塊、橫向線性模組、橫向導軌橫梁、縱向導軌滑塊和縱向導軌；其中，所述左右兩套縱向氣浮軸固定架安裝在橫向滑塊上，所述兩根縱向氣浮軸的兩端安裝在左右兩套縱向氣浮軸固定架上，所述傳感器安裝板固定在縱向氣浮軸固定架上，所述兩個縱向氣浮套套裝在兩根縱向氣浮軸上，所述兩個縱向氣浮套及兩個橫向氣浮套與兩個氣浮座密封連接且在空間上呈90°，所述伸縮氣管與兩個氣浮座接通，所述兩個橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述吊掛工裝固定在橫向氣浮軸的中間位置；所述橫向滑塊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導軌橫梁上，橫向導軌橫梁的兩端固定在縱向導軌的縱向導軌滑塊上，縱向導軌滑塊可滑動地安裝在縱向線性模組上；所述縱向導軌線性模組通過支撐件水平固定在展開試驗架上，所述展開試驗架在豎直方向分多層，每層一組獨立的單層吊掛裝置。進一步，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傳感器安裝板與橫向氣浮軸的末端之間，所述縱向激光位移傳感器安裝在傳感器安裝板與氣浮座外側之間；所述霍爾傳感器安裝在兩對縱向氣浮軸固定架上，所述感應磁鐵安裝在對應的氣浮套上。更進一步，兩塊橫向滑塊間有設定的距離，橫向導軌橫梁及其線性模組有設定的寬度，保證單層吊掛裝置多層鋪設時各吊掛系統間相互無干擾。本發明的有益效果主要表現在實現大位移長距離隨動運動，滿足多層吊掛裝置間的配合運動。


圖I是二維無摩擦長距離運動的吊掛裝置的示意圖。圖2是圖I的后視圖。圖3是圖I的側視圖。圖4是導軌系統的示意圖。圖5是二層吊掛裝置不意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。參照圖f圖5，二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置，包括單層吊掛裝置和展開試驗架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、隨動部件、檢測部件和導軌系統，其中支撐部件、隨動部件、檢測部件構成平面運動氣浮裝置，所述支撐部件由兩根縱向氣浮軸3、一塊傳感器安裝板7、兩套縱向氣浮軸固定架4構成。氣浮隨動部件由兩個縱向氣浮套10、兩個橫向氣浮套I、兩個氣浮座2、伸縮氣管27、一根橫向氣浮軸8、吊掛工裝9組成。檢測裝置由橫向激光位移傳感器6、縱向激光位移傳感器及其對應的擋光板、霍爾傳感器28及對應的永磁鐵29組成。所述左右兩套縱向氣浮軸固定架安裝在橫向導軌的橫向滑臺上，所述兩根縱向氣浮軸的兩端安裝在兩套縱向氣浮軸固定架上，所述傳感器安裝板固定在縱向氣浮軸固定架上，所述兩個縱向氣浮套套裝在兩根縱向氣浮軸上，所述兩個縱向氣浮套及兩個橫向氣浮套與兩個氣浮座通過密封圈11密封連接且在空間上呈90°，所述伸縮氣管與氣浮座接通，所述兩個橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述吊掛工裝固定在橫向氣浮軸的中間位置。橫向激光位移傳感器安裝在傳感器安裝板上，橫向感光板安裝在橫向氣浮軸的末端，與橫向氣浮軸垂直。縱向激光位移傳感器安裝在傳感器安裝板上，縱向感光板安裝在氣浮座外側，與縱向氣浮軸垂直。霍爾傳感器安裝在兩對縱向氣浮軸固定架上，感應磁鐵安裝在對應的氣浮套上。所述平面運動氣浮裝置19安裝在橫向滑塊上，所述橫向滑塊安裝在橫向線性模組20上，所述橫向滑塊通過橫向驅動伺服電機21可在橫向線性模組20上運動，所述橫向線性模組20固定在橫向導軌橫梁上，所述橫向導軌橫梁兩端通過橫導軌固定組件16固定在縱向滑塊上，所述縱向滑塊安裝在平行放置的一對縱向線性模組13上，所述縱向驅動伺服電機17及控制器15安裝在橫導軌固定組件16上，所述縱向伺服電機17及控制器15能夠隨縱向滑塊沿縱向導軌運動，所述副軌隨動支撐組件18安裝在縱向導軌另一邊的滑塊上，所述縱向線性模組13安裝在一對支撐用H型鋼14上，所述撐用H型鋼14的底部安裝支撐用牛腿12。所述縱向導軌線性模組通過支撐件水平固定在展開試驗架上，所述展開試驗架在豎直方向分多層，每層一組獨立的單層吊掛裝置。二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置采用的基本技術思路為平面運動氣浮裝置的隨動部件可以在氣浮座上做無摩擦平面運動，即橫向氣浮軸CN 102913553 A
書
明
說
4/5頁
和縱向氣浮套能夠沿著橫向縱向無摩擦運動，通過吊掛裝置與太陽板連接后，實現無摩擦被動跟隨；將縱向氣浮軸固定架固定在橫向導軌的滑臺下方，可以隨滑臺一起運動，導軌系統根據反饋回來的信號控制導軌滑塊移動，實現主動跟隨。氣浮裝置通過氣浮座供氣，氣浮座內部為空腔，可接通氣浮套進氣口，兩個氣浮座經伸縮氣管相接通。進氣伸縮氣管與橫向滑塊固定，可隨滑塊橫向伸縮運動，再供給氣浮·座，由于伸縮氣管質輕，伸縮性好，隨動距離短，因而氣浮座沿軸向運動時，氣管產生的擾動影響很小。激光位移傳感器通過傳感器安裝板固定在氣浮軸固定架上，隨滑塊一起運動，其接線安裝均不會對氣浮裝置隨動部件的運動產生影響。氣浮裝置隨動部件僅為左右兩個氣浮座極其對應的氣浮套、橫向氣浮軸，材質為輕質鋁合金材料，因而降低了太陽翼展開時隨動部件的慣性影響。縱向和橫向方向均裝有激光位移傳感器和霍爾傳感器，激光位移傳感器可準確測量橫向氣浮軸、縱向氣浮套運動的相對位移，將信號反饋給導軌系統，通過伺服電機控制導軌滑塊跟隨氣浮隨動部件運動，保證氣浮裝置隨動部件始終處于氣浮裝置的有效行程內，虛擬延長了被動跟隨的范圍。霍爾傳感器起限位保護作用，當運動過程中位移傳感器或其他部件產生故障，橫向縱向氣浮裝置運動超過極限行程，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軌系統，限制原來方向的運動，起到保護的作用。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。所述導軌為同步帶驅動線性模組，所述滑臺能夠在導軌上滾動摩擦式平移，驅動滑臺平移的力通過同步帶及同步輪提供。縱向導軌的同步帶兩端固定安裝在一塊支撐用H型鋼上，所述縱向電機通過帶輪可沿著縱向導軌運動，橫向伺服電機固定在橫向導軌上，橫向滑塊通過同步帶及其帶輪在橫向導軌上運動。所述導軌調整組件安裝在H型鋼和縱向線性模組之間，用于調整縱向導軌的水平度、平行度。導軌系統有兩套傳感器系統，一套測量橫向導軌滑臺的直線位移，另一套測量縱向導軌滑臺直線位移，在太陽翼展開過程中，根據平面運動氣浮裝置反饋過來的位移信號，準確控制滑塊移動相應的距離，保證承導件運動時始終在氣浮導軌范圍內，從而實現長距離無摩擦的平面運動。由于單層吊掛系統在空間上分層布置，在跟隨太陽板展開的運動過程中，吊掛裝置縱向橫向運動時不能發生碰撞干涉。在太陽翼收攏狀態時，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。本裝置設計當中，橫導軌橫梁及橫向線性模組不超過兩塊太陽板吊點間最小距離的兩倍，因而吊掛太陽板時縱向之間不產生干涉，展開的初始狀態時，橫向位移量很小，平面運動氣浮裝置縱向軸固定架間的距離滿足要求，因而在太陽板壓緊狀態下以及展開運動的過程中，各層的吊掛裝置間不會產生相互影響。太陽板處于收攏狀態時，板間距很短，所以吊掛點間距離很短，但是由于平面運動氣浮裝置為無摩擦運動，靈活性很高，所以，當吊掛裝置未處于垂直的穩態時，氣浮裝置會產生單擺運動，這時，若信號反饋給導軌伺服系統時，會引起主動跟隨，橫梁會運動，與上層吊掛裝置的吊桿碰撞，導致上層裝置隨動部件的加速運動，這樣上層裝置的導軌系統進一步跟隨，就會造成整個在系統無法穩定，更嚴重的會因個系統間的正反饋而產生劇烈振蕩。
6因而在太陽板展開前，我們采用伺服系統慢速跟隨，靈敏度低，這樣在氣浮裝置晃動中導軌慢速跟隨，不會產生振蕩，很快使吊掛裝置達到穩態。在太陽板展過程中，采用伺服系統快速跟隨，靈敏度極高，能滿足太陽板高速展開時速度、加速度的跟隨要求。
展開試驗架為整個大型氣浮吊掛式太陽翼地面展開試驗裝置提供支撐構架。縱向導軌固定在展開試驗架上，單層吊掛裝通過展開實驗架在空間上多層鋪設。當太陽翼展開時，太陽板拉動平面運動氣浮裝置運動，縱向導軌和橫向導軌在伺服隨動系統驅動下，驅動平面運動氣浮裝置的氣浮座跟蹤太陽板運動，實現實現大位移長距離隨動運動，滿足多層吊掛裝置間的配合運動。
權利要求
1.一種二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置，其特征在于包括單層吊掛裝置和展開試驗架，所述單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導軌系統，所述支撐部件包括兩根縱向氣浮軸、一塊傳感器安裝板和左右兩套縱向氣浮軸固定架，所述氣浮隨動部件包括兩個縱向氣浮套、兩個橫向氣浮套、兩個氣浮座、伸縮氣管、一根橫向氣浮軸和吊掛工裝，所述檢測部件包括橫向位移傳感器和縱向位移傳感器，所述導軌系統包括橫向滑塊、橫向線性模組、橫向導軌橫梁、縱向導軌滑塊和縱向導軌；其中，所述左右兩套縱向氣浮軸固定架安裝在橫向滑塊上，所述兩根縱向氣浮軸的兩端安裝在左右兩套縱向氣浮軸固定架上，所述傳感器安裝板固定在縱向氣浮軸固定架上，所述兩個縱向氣浮套套裝在兩根縱向氣浮軸上，所述兩個縱向氣浮套及兩個橫向氣浮套與兩個氣浮座密封連接且在空間上呈90°，所述伸縮氣管與兩個氣浮座接通，所述兩個橫向氣浮套套裝在橫向氣浮軸上，所述吊掛工裝固定在橫向氣浮軸的中間位置；所述橫向滑塊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導軌橫梁上，橫向導軌橫梁的兩端固定在縱向導軌的縱向導軌滑塊上，縱向導軌滑塊可滑動地安裝在縱向線性模組上；所述縱向導軌線性模組通過支撐件水平固定在展開試驗架上，所述展開試驗架在豎直方向分多層，每層一組獨立的單層吊掛裝置。
2.如權利要求I所述的二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置，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傳感器安裝板與橫向氣浮軸的末端之間，所述縱向激光位移傳感器安裝在傳感器安裝板與氣浮座外側之間，所述霍爾傳感器安裝在兩對縱向氣浮軸固定架上，感應磁鐵安裝在對應的氣浮套上。
全文摘要
一種二維無摩擦長距離運動的多層氣浮吊掛裝置，包括單層吊掛裝置和展開試驗架，單層吊掛裝置包括支撐部件、氣浮隨動部件、檢測部件和導軌系統，支撐部件包括兩根縱向氣浮軸、一塊傳感器安裝板和左右兩套縱向氣浮軸固定架，氣浮隨動部件包括兩個縱向氣浮套、兩個橫向氣浮套、兩個氣浮座、伸縮氣管、一根橫向氣浮軸和吊掛工裝，檢測部件包括橫向位移傳感器和縱向位移傳感器，導軌系統包括橫向線性模組、橫向導軌橫梁、縱向導軌滑塊和縱向導軌，縱向導軌線性模組通過支撐件水平固定在展開試驗架上，展開試驗架在豎直方向分多層，每層一組獨立的單層吊掛裝置。本發明實現大位移長距離隨動運動，滿足多層吊掛裝置間的配合運動。
文檔編號F16C32/06GK102913553SQ201210403329
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者單曉杭, 孫建輝, 周海清, 周丹鋒 申請人:浙江工業大學