专利名称：二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及气浮装置，尤其是一种二维无摩擦运动的气浮吊挂装置。
背景技术：
太阳翼由数块太阳电池板和一个连接架相互铰接组成，它们依靠压紧机构收拢折叠于卫星本体侧壁上。当卫星入轨后，最后展成一个平面的太阳电池阵，为卫星在轨道上工作提供主要的电源。太阳翼地面展开试验装置，是在地面上模拟太空中太阳帆板展开试验的通用设备之一，通过吊挂装置与太阳板或者连接架相连，为太阳翼提供与真实展开条件类似的零重力、两自由度运动模拟条件，模拟实现卫星太阳翼的展开，可分析太阳翼展开时间，展开后状态等。由于重力和摩擦阻力等因素影响，在地面上模拟太空中太阳帆板展开试验是极其困难的，且代价高昂。经资料显示，在地面试验过程中，太阳翼采用了导轨小车在横向导轨和纵向导轨上移动来实现地面展开试验，该试验装置由支撑结构、纵向导轨、横向导轨、摇臂架、悬挂单元组成。太阳翼的外板、中板、内板初始状态压紧在模拟墙上，悬挂单元的作用力通过各太阳基板的质心，通过有滚轮的小车和横向导轨相连接，横向小车可在横向导轨上滑动，横向导轨通过带有滚轮的小车即纵向小车可在纵向导轨上滑动。太阳翼帆板展开的过程中，各悬挂点沿纵向横向做不规则曲线运动，但是上述零重力展开试验装置的横向纵向导轨均为带滚轮的小车，因而无法消除摩擦力的影响，在模拟太阳翼帆板展开过程中对其运动产生力的影响，因此这种设计存在很多的缺陷。由于气浮导轨具有摩擦阻力小、运动精度高、清洁无污染等特点，因而气浮导轨代替常用导轨在实现无摩擦运动装置中得到广泛应用。气浮导轨由气浮轴和气浮套组成，气浮套与气浮轴之间的气隙要求为微米级，因此气浮轴的同轴度加工精度要求非常高。另一方面，由于受到重力作用，对气浮轴材料的弯曲刚度要求很高。随着运动件移动距离的增力口，气浮轴的长度增加，因为气浮轴是细长杆件，要保证气浮轴长度全长与气浮套之间的间隙，加工难度很大。因此，气浮导轨常能应用在短距离无摩擦运动装置中。因而专利申请号为201010165973. 2的“用于长距离的无摩擦气浮导轨”公开了一种利用常规直线导轨技术，通过主动控制普通直线导轨滑块运动，保证大范围运动时直线导轨的精度，并结合小范围气浮导轨技术，保证承导件运动时始终在气浮导轨范围内，，从而跟随承导件运动，实现长距离的无摩擦直线运动的装置。同样，专利申请号为201010165536. O的“用于超长距离跟随吊点运动轨迹的无摩擦气浮装置”、专利申请号为201010165255. 5的“不受气管扰动影响的超长距离跟随吊点一维运动轨迹的气浮装置”、专利申请号为201010165602. 4的“不受气管扰动影响的长距离气浮直线导轨”、专利申请号为201010165658. X的“不受气管扰动力影响的超长距离跟随吊点运动轨迹的气浮装置”也都巧妙地将轴向长距离无摩擦移动嫁接到一般精度的滑块导轨组件上，即可实现气浮套在极短气浮轴随运动件的大位移移动。但是，这些方案只能实现一维的无摩擦平动，无法追踪太阳翼悬挂点的平面运动。[0006]专利申请号为201010165949. 9的“不受气管扰动影响的组合气浮装置”公布了一种双层气浮装置，这是一种通过多层叠加可实现各类无摩擦运动的装置，但是由于气浮轴是细长杆件，在长距离场合下气浮轴几乎无法加工，因此这种设计为短行程气浮装置。申请号为201010166032. O的“二维平面气浮导轨零重力吊架”公开了一种横向使用一根长气浮导轨，纵向上利用电机驱动直线长导轨配合小范围气浮导轨，从而实现二维无摩擦平动。但是由于横向气浮导轨加工难度的限制，无法进行横向大位移的随动运动，难以达到横向长距离传输，存在一定的缺陷。另一方面，太阳翼是由多块太阳板相互铰接而成，每块太阳板都有一个吊挂点，在太阳翼模拟展开的过程中，需要对每块太阳板提供吊挂支撑和轨迹追随。这样就需要多个吊挂点同时进行二维内平面运动，且不相互干涉，因此有很大的难度。
发明内容为了克服已有二维气浮装置的无法实现大位移长距离随动运动的不足，本实用新型提供一种实现大位移长距离随动运动，满足多层吊挂装置间的配合运动的二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置，包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，所述支撑部件包括两根纵向气浮轴、一块传感器安装板和左右两套纵向气浮轴固定架，所述气浮随动部件包括两个纵向气浮套、两个横向气浮套、两个气浮座、伸缩气管、一根横向气浮轴和吊挂工装，所述检测部件包括横向位移传感器和纵向位移传感器，所述导轨系统包括横向滑块、横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨；其中，所述左右两套纵向气浮轴固定架安装在横向滑块上，所述两根纵向气浮轴的两端安装在左右两套纵向气浮轴固定架上，所述传感器安装板固定在纵向气浮轴固定架上，所述两个纵向气浮套套装在两根纵向气浮轴上，所述两个纵向气浮套及两个横向气浮套与两个气浮座密封连接且在空间上呈90°，所述伸缩气管与两个气浮座接通，所述两个横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述吊挂工装固定在横向气浮轴的中间位置；所述横向滑块可滑动地安装在横向线性模组上，所述横向线性模组安装在横向导轨横梁上，横向导轨横梁的两端固定在纵向导轨的纵向导轨滑块上，纵向导轨滑块可滑动地安装在纵向线性模组上；所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。进一步，所述单层吊挂装置还包括检测部件，所述检测部件包括横向位移传感器、纵向位移传感器和霍尔传感器，所述横向位移传感器安装在传感器安装板与横向气浮轴的末端之间，所述纵向激光位移传感器安装在传感器安装板与气浮座外侧之间；所述霍尔传感器安装在两对纵向气浮轴固定架上，所述感应磁铁安装在对应的气浮套上。更进一步，两块横向滑块间有设定的距离，横向导轨横梁及其线性模组有设定的宽度，保证单层吊挂装置多层铺设时各吊挂系统间相互无干扰。本实用新型的有益效果主要表现在实现大位移长距离随动运动，满足多层吊挂装置间的配合运动。
图1是二维无摩擦长距离运动的吊挂装置的示意图。图2是图1的后视图。图3是图1的侧视图。图4是导轨系统的示意图。图5是二层吊挂装置不意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。参照图f图5，二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置，包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、随动部件、检测部件和导轨系统，其中支撑部件、随动部件、检测部件构成平面运动气浮装置，所述支撑部件由两根纵向气浮轴3、一块传感器安装板7、两套纵向气浮轴固定架4构成。气浮随动部件由两个纵向气浮套10、两个横向气浮套1、两个气浮座2、伸缩气管27、一根横向气浮轴8、吊挂工装9组成。检测装置由横向激光位移传感器6、纵向激光位移传感器及其对应的挡光板、霍尔传感器28及对应的永磁铁29组成。所述左右两套纵向气浮轴固定架安装在横向导轨的横向滑台上，所述两根纵向气浮轴的两端安装在两套纵向气浮轴固定架上，所述传感器安装板固定在纵向气浮轴固定架上，所述两个纵向气浮套套装在两根纵向气浮轴上，所述两个纵向气浮套及两个横向气浮套与两个气浮座通过密封圈11密封连接且在空间上呈90°，所述伸缩气管与气浮座接通，所述两个横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述吊挂工装固定在横向气浮轴的中间位置。横向激光位移传感器安装在传感器安装板上，横向感光板安装在横向气浮轴的末端，与横向气浮轴垂直。纵向激光位移传感器安装在传感器安装板上，纵向感光板安装在气浮座外侦牝与纵向气浮轴垂直。霍尔传感器安装在两对纵向气浮轴固定架上，感应磁铁安装在对应的气浮套上。所述平面运动气浮装置19安装在横向滑块上，所述横向滑块安装在横向线性模组20上，所述横向滑块通过横向驱动伺服电机21可在横向线性模组20上运动，所述横向线性模组20固定在横向导轨横梁上，所述横向导轨横梁两端通过横导轨固定组件16固定在纵向滑块上，所述纵向滑块安装在平行放置的一对纵向线性模组13上，所述纵向驱动伺服电机17及控制器15安装在横导轨固定组件16上，所述纵向伺服电机17及控制器15能够随纵向滑块沿纵向导轨运动，所述副轨随动支撑组件18安装在纵向导轨另一边的滑块上，所述纵向线性模组13安装在一对支撑用H型钢14上，所述撑用H型钢14的底部安装支撑用牛腿12。所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置采用的基本技术思路为平面运动气浮装置的随动部件可以在气浮座上做无摩擦平面运动，即横向气浮轴和纵向气浮套能够沿着横向纵向无摩擦运动，通过吊挂装置与太阳板连接后，实现无摩擦被动跟随；将纵向气浮轴固定架固定在横向导轨的滑台下方，可以随滑台一起运动，导轨系统根据反馈回来的信号控制导轨滑块移动，实现主动跟随。气浮装置通过气浮座供气，气浮座内部为空腔，可接通气浮套进气口，两个气浮座经伸缩气管相接通。进气伸缩气管与横向滑块固定，可随滑块横向伸缩运动，再供给气浮座，由于伸缩气管质轻，伸缩性好，随动距离短，因而气浮座沿轴向运动时，气管产生的扰动影响很小。激光位移传感器通过传感器安装板固定在气浮轴固定架上，随滑块一起运动，其接线安装均不会对气浮装置随动部件的运动产生影响。气浮装置随动部件仅为左右两个气浮座极其对应的气浮套、横向气浮轴，材质为轻质铝合金材料，因而降低了太阳翼展开时随动部件的惯性影响。纵向和横向方向均装有激光位移传感器和霍尔传感器，激光位移传感器可准确测量横向气浮轴、纵向气浮套运动的相对位移，将信号反馈给导轨系统，通过伺服电机控制导轨滑块跟随气浮随动部件运动，保证气浮装置随动部件始终处于气浮装置的有效行程内，虚拟延长了被动跟随的范围。霍尔传感器起限位保护作用，当运动过程中位移传感器或其他部件产生故障，横向纵向气浮装置运动超过极限行程，就会拉扯太阳帆板造成损坏，因而通过霍尔传感器反馈信号给导轨系统，限制原来方向的运动，起到保护的作用。因太阳翼主要是沿着纵向展开的，因而霍尔传感器只安装在纵向气浮装置上。所述导轨为同步带驱动线性模组，所述滑台能够在导轨上滚动摩擦式平移，驱动滑台平移的力通过同步带及同步轮提供。纵向导轨的同步带两端固定安装在一块支撑用H型钢上，所述纵向电机通过带轮可沿着纵向导轨运动，横向伺服电机固定在横向导轨上，横向滑块通过同步带及其带轮在横向导轨上运动。所述导轨调整组件安装在H型钢和纵向线性模组之间，用于调整纵向导轨的水平度、平行度。导轨系统有两套传感器系统，一套测量横向导轨滑台的直线位移，另一套测量纵向导轨滑台直线位移，在太阳翼展开过程中，根据平面运动气浮装置反馈过来的位移信号，准确控制滑块移动相应的距离，保证承导件运动时始终在气浮导轨范围内，从而实现长距离无摩擦的平面运动。由于单层吊挂系统在空间上分层布置，在跟随太阳板展开的运动过程中，吊挂装置纵向横向运动时不能发生碰撞干涉。在太阳翼收拢状态时，吊挂装置间距离最短，即各单层吊挂装置需满足横向和纵向距离要求，使得吊挂装置不相互干涉在。本装置设计当中，横导轨横梁及横向线性模组不超过两块太阳板吊点间最小距离的两倍，因而吊挂太阳板时纵向之间不产生干涉，展开的初始状态时，横向位移量很�。矫嬖硕∽爸米菹蛑峁潭芗涞木嗬肼阋螅蚨谔舭逖菇糇刺乱约罢箍硕墓讨校鞑愕牡豕易爸眉洳换岵嗷ビ跋�。太阳板处于收拢状态时，板间距很短，所以吊挂点间距离很短，但是由于平面运动气浮装置为无摩擦运动，灵活性很高，所以，当吊挂装置未处于垂直的稳态时，气浮装置会产生单摆运动，这时，若信号反馈给导轨伺服系统时，会引起主动跟随，横梁会运动，与上层吊挂装置的吊杆碰撞，导致上层装置随动部件的加速运动，这样上层装置的导轨系统进一步跟随，就会造成整个在系统无法稳定，更严重的会因个系统间的正反馈而产生剧烈振荡。因而在太阳板展开前，我们采用伺服系统慢速跟随，灵敏度低，这样在气浮装置晃动中导轨慢速跟随，不会产生振荡，很快使吊挂装置达到稳态。在太阳板展过程中，采用伺服系统快速跟随，灵敏度极高，能满足太阳板高速展开时速度、加速度的跟随要求。展开试验架为整个大型气浮吊挂式太阳翼地面展开试验装置提供支撑构架。纵向导轨固定在展开试验架上，单层吊挂装通过展开实验架在空间上多层铺设。当太阳翼展开时，太阳板拉动平面运动气浮装置运动，纵向导轨和横向导轨在伺服随动系统驱动下，驱动平面运动气浮装置的气浮座跟踪太阳板运动，实现实现大位移长距离随动运动，满足多层吊挂装置间的配合运动。
权利要求1.一种二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置，其特征在于包括单层吊挂装置和展开试验架，所述单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，所述支撑部件包括两根纵向气浮轴、一块传感器安装板和左右两套纵向气浮轴固定架，所述气浮随动部件包括两个纵向气浮套、两个横向气浮套、两个气浮座、伸缩气管、一根横向气浮轴和吊挂工装，所述检测部件包括横向位移传感器和纵向位移传感器，所述导轨系统包括横向滑块、横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨；其中， 所述左右两套纵向气浮轴固定架安装在横向滑块上，所述两根纵向气浮轴的两端安装在左右两套纵向气浮轴固定架上，所述传感器安装板固定在纵向气浮轴固定架上，所述两个纵向气浮套套装在两根纵向气浮轴上，所述两个纵向气浮套及两个横向气浮套与两个气浮座密封连接且在空间上呈90°，所述伸缩气管与两个气浮座接通，所述两个横向气浮套套装在横向气浮轴上，所述吊挂工装固定在横向气浮轴的中间位置； 所述横向滑块可滑动地安装在横向线性模组上，所述横向线性模组安装在横向导轨横梁上，横向导轨横梁的两端固定在纵向导轨的纵向导轨滑块上，纵向导轨滑块可滑动地安装在纵向线性模组上； 所述纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，所述展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。
2.如权利要求1所述的二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置，其特征在于所述单层吊挂装置还包括检测部件，所述检测部件包括横向位移传感器、纵向位移传感器和霍尔传感器，所述横向位移传感器安装在传感器安装板与横向气浮轴的末端之间，所述纵向激光位移传感器安装在传感器安装板与气浮座外侧之间，所述霍尔传感器安装在两对纵向气浮轴固定架上，感应磁铁安装在对应的气浮套上。
专利摘要一种二维无摩擦长距离运动的多层气浮吊挂装置，包括单层吊挂装置和展开试验架，单层吊挂装置包括支撑部件、气浮随动部件、检测部件和导轨系统，支撑部件包括两根纵向气浮轴、一块传感器安装板和左右两套纵向气浮轴固定架，气浮随动部件包括两个纵向气浮套、两个横向气浮套、两个气浮座、伸缩气管、一根横向气浮轴和吊挂工装，检测部件包括横向位移传感器和纵向位移传感器，导轨系统包括横向线性模组、横向导轨横梁、纵向导轨滑块和纵向导轨，纵向导轨线性模组通过支撑件水平固定在展开试验架上，展开试验架在竖直方向分多层，每层一组独立的单层吊挂装置。本实用新型实现大位移长距离随动运动，满足多层吊挂装置间的配合运动。
文档编号G01M99/00GK202901025SQ201220540610
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者单晓杭, 周丹锋, 孙建辉, 周海清 申请人:浙江工业大学
专业数控铣床产品供应商
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