变力矩式平动刚度模拟平台

本发明涉及空间力学模拟，尤其涉及一种变力矩式平动刚度模拟平台。

背景技术：

1、随着中国空间站全面建成，愈加多样化、复杂的空间任务需要被完成。空间站上的机械臂在各种操作任务中的作用愈发广泛，从协助航天员舱外操作，到搬运、转移、插拔各类载荷等精细操作。这些任务都需要机械臂满足各种动态性能需求。

2、空间站上的机械臂系统由大臂和小臂两部分组成。两者可独立工作，也可以组成组合臂进一步扩展工作空间，去应对一些不仅需要范围转移，还要兼具局部精细操作的工作需求，大大提高了空间机械臂系统的机动性。而针对在地面开展组合臂的动态性能研究，一般可将作为基座的大臂等效为一个柔性基座，极大程度降低了试验系统的复杂度。

3、目前已有设计的柔性基座的平动刚度是可变刚度，但不是实时变化的可变刚度。只能预先调整好基座符合大臂某一构型下的平动刚度，然后小臂在这套基座刚度特性下运动，即模拟的是：大臂维持某一构型固定不动而小臂运动的系统场景，无法实现小臂在运动过程中，柔性基座的平动刚度也在由人为控制的实时变化，即无法模拟的是小臂运动的同时大臂也在动的系统场景。

4、因此，亟需一种能够模拟平动刚度实时变化的平动刚度模拟平台。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供一种变力矩式平动刚度模拟平台，可模拟空间站大小臂同时运动，大臂作为小臂的基座，其运动过程中构型变化引起的单一平动自由度刚度变化，从而研究空间站大小臂共同运动下，组合臂内发生的扰动运动规律。

2、本发明提供的变力矩式平动刚度模拟平台，包括平动输入端、输入端盖板、平动变刚度机构、平台底板、导轨组和滑动组件；其中，平动变刚度机构的数量不少于两个，导轨组、滑动组件和平动变刚度机构均安装在平台底板上，且滑动组件的数量与平动变刚度机构的组数一致；每组平动变刚度机构包括两个平动变刚度机构并分别位于滑动组件的两端，且均与滑动组件紧密接触，使两个平动变刚度机构通过滑动组件实时调整输入端盖板的平动刚度；两个导轨组平行于滑动组件并固定在平台底板的两端，且通过增高架使输入端盖板在导轨组上移动。

3、进一步的，平动变刚度机构包括圆弧轨道、轨道回转中心柱、内接滑块、导向连接臂、导向连杆、压簧、电机、调刚回转中心柱、锥齿轮组和直线轴承；其中，

4、轨道回转中心柱固定在平台底板上；圆弧轨道的一端与滑动组件紧密接触，圆弧轨道的另一端与轨道回转中心柱固定连接，使滑动组件挤压圆弧轨道，进而使圆弧轨道围绕轨道回转中心柱进行旋转；

5、调刚回转中心柱和电机安装在平台底板上，锥齿轮组安装在调刚回转中心柱上，电机的输出端与锥齿轮组中的主动锥齿轮固接，主动锥齿轮与锥齿轮组中的从动锥齿轮配合，使电机通过锥齿轮组带动调刚回转中心柱的输出端旋转；

6、导向连接臂的固定端与调刚回转中心柱的输出端固定连接，导向连接臂的活动端设置有安装导向连杆的安装件；

7、直线轴承的一端固定在导向连接臂上，直线轴承的另一端与导向连杆相连，使导向连杆沿直线轴承进行伸缩调节；

8、内接滑块的安装侧安装在导向连杆；内接滑块的活动侧与圆弧轨道的内壁配合，使内接滑块带动导向连杆沿圆弧轨道的内壁移动；

9、压簧的一端固定在导向连接臂的固定端上，压簧的另一端与导向连杆相连，使电机实时控制调刚回转中心柱完成压簧的力矩调节，同时与压簧的伸缩配合，进而通过滑动组件实时控制平动输入端的平动刚度。

10、进一步的，滑动组件包括连接滑块和平动滑轨，平动滑轨固定在平台底板上，传动轴固定在连接滑块上，并在传动轴上套设有滚轮，圆弧轨道的一端与滚轮紧密接触，当传动轴带动连接滑块在平动滑轨上平动时，滚轮滚动挤压圆弧轨道，使圆弧轨道围绕轨道回转中心柱进行转动。

11、进一步的，导轨组包括平动导轨和平动滑块，平动导轨平行于平动滑轨固定在平台底板的两端；输入端盖板通过增高架安装在平动滑块上，使平动滑块配合平动导轨带动输入端盖板进行平动。

12、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

13、本发明提供的变力矩式平动刚度模拟平台能够在地面上模拟空间站大小臂组合时大臂在运动过程中单个平动自由度的刚度变化，并反作用于小臂，从而为研究空间站大小臂共同运动下组合臂内发生的扰动运动规律奠定基础。且本发明提供的变力矩式平动刚度模拟平台可以更换预紧力的方向逐层叠加，实现多自由度的平动刚度调节。

技术特征：

1.一种变力矩式平动刚度模拟平台，包括平动输入端和输入端盖板，其特征在于，还包括平动变刚度机构、平台底板、导轨组和滑动组件；其中，所述平动变刚度机构的数量不少于两个，所述导轨组、所述滑动组件和所述平动变刚度机构均安装在所述平台底板上，且所述滑动组件的数量与所述平动变刚度机构的组数一致；每组平动变刚度机构包括两个平动变刚度机构并分别位于所述滑动组件的两端，且均与所述滑动组件紧密接触，使两个平动变刚度机构通过所述滑动组件实时调整所述输入端盖板的平动刚度；两个导轨组平行于所述滑动组件并固定在所述平台底板的两端，且通过所述增高架使所述输入端盖板在所述导轨组上移动。

2.根据权利要求1所述的变力矩式平动刚度模拟平台，其特征在于，所述平动变刚度机构包括圆弧轨道、轨道回转中心柱、内接滑块、导向连接臂、导向连杆、压簧、电机、调刚回转中心柱、锥齿轮组和直线轴承；其中，

3.根据权利要求1所述的变力矩式平动刚度模拟平台，其特征在于，所述滑动组件包括连接滑块和平动滑轨，所述平动滑轨固定在所述平台底板上，所述传动轴固定在所述连接滑块上，并在所述传动轴上套设有滚轮，所述圆弧轨道的一端与所述滚轮紧密接触，当所述传动轴带动所述连接滑块在所述平动滑轨上平动时，所述滚轮滚动挤压所述圆弧轨道，使所述圆弧轨道围绕所述轨道回转中心柱进行转动。

4.根据权利要求1所述的变力矩式平动刚度模拟平台，其特征在于，所述导轨组包括平动导轨和平动滑块，所述平动导轨平行于所述平动滑轨固定在所述平台底板的两端；所述输入端盖板通过所述增高架安装在所述平动滑块上，使所述平动滑块配合所述平动导轨带动所述输入端盖板进行平动。

技术总结本发明涉及空间力学模拟技术领域，尤其涉及一种变力矩式平动刚度模拟平台，包括平动输入端、输入端盖板、平动变刚度机构、平台底板、导轨组和滑动组件；其中，平动变刚度机构、导轨组、滑动组件和平动变刚度机构均安装在平台底板上，平动变刚度机构分别位于滑动组件的两端，且均与滑动组件紧密接触，通过电机控制平动变刚度机构的力矩的变化，调节自身刚度，并作用在输入端盖板上，实现对平动输入端的平动刚度的调节。本发明提供的模拟平台能够在地面上模拟空间站大小臂组合时大臂在运动过程中单个平动自由度的刚度变化，并反作用于小臂，从而为研究空间站大小臂共同运动下组合臂内发生的扰动运动规律奠定基础。技术研发人员：胡金鑫,于鹏,尚柯澄受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26