[發(fā)明專利]一種模擬微重力環(huán)境物件搬運訓(xùn)練的裝置及其摩擦力矩補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011277027.7
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112498754B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張立勛;王振漢;薛峰;陳旭陽
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: B64G7/00
• 分類號: B64G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種模擬微重力環(huán)境物件搬運訓(xùn)練的裝置及其摩擦力矩補償方法，包括用于懸吊的主支撐桿、設(shè)置在主支撐桿下端的滑輪平臺、設(shè)置在滑輪平臺一側(cè)的電機制動器和摩擦力補償電機、設(shè)置在滑輪平臺中的滑輪、設(shè)置在滑輪平臺另一側(cè)的滑輪平臺配重塊、設(shè)置在滑輪上的鋼絲繩，滑輪所在的軸通過聯(lián)軸器與電機制動器輸出軸連接，摩擦力補償電機上設(shè)置有編碼器，鋼絲繩的一端設(shè)置有模擬負載配重塊和把手配重塊、另一端設(shè)置有模擬負載，模擬負載上設(shè)置有多維力傳感器，多維力傳感器連接有把手，摩擦力補償電機用于產(chǎn)生抵消滑輪軸摩擦力矩的電機補償力矩，根據(jù)模擬負載質(zhì)量的不同改變電機補償力矩的大小，消除重力對上下運動操作力的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模擬微重力環(huán)境物件搬運訓(xùn)練的裝置及其摩擦力矩補償方法，屬于地面模擬仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)

進入21世紀(jì)，美國、俄羅斯、中國等主要航天大國相繼調(diào)整了載人航天的發(fā)展方向并制定了新的航天發(fā)展戰(zhàn)略。各國的航天事業(yè)特別是載人航天事業(yè)蓬勃發(fā)展。我國的載人空間站計劃到2024年前后完成在軌組裝并投入運營。屆時航天員的空間操作任務(wù)將會更多。這就需要有更好的地面訓(xùn)練技術(shù)來支撐宇航員進行地面模擬微重力訓(xùn)練，來使宇航員有足夠的準(zhǔn)備在微重力環(huán)境下完成各項任務(wù)。航天員雖然在太空中感受不到物體所受的重力，但是由于物體具有的質(zhì)量、重心，物體在運動時仍然具有慣性力。因此在微重力環(huán)境下大物體的運動特征和力學(xué)特征相比于在地面環(huán)境下有著很大的不同。例如在太空環(huán)境下相比于地面環(huán)境，航天員可以很容易的舉起大質(zhì)量物件，但是不容易抓住他，因為牛頓定律和動量定理依然成立，在制動大質(zhì)量物件時，大質(zhì)量物件的慣性力很有可能將宇航員手套撕裂，同時也有可能導(dǎo)致宇航員用力過猛使宇航員肌肉損傷，因此宇航員需要在執(zhí)行太空任務(wù)前在地面進行地面微重力模擬訓(xùn)練來養(yǎng)成執(zhí)行太空任務(wù)的思維判斷習(xí)慣。這就需要在地面上搭建一個可以充分模擬太空微重力環(huán)境的訓(xùn)練平臺，以此培訓(xùn)宇航員熟練的進行在軌操作。現(xiàn)有的地面微重力模擬訓(xùn)練實現(xiàn)方法主要有兩種方式：力平衡法模擬微重力和運動法模擬微重力。其中力平衡法模擬微重力主要是通過外加平衡力抵消地面上重力的影響，如利用氣足支撐、磁懸浮、中性液體浮力、靜平衡機構(gòu)等方法抵消重力，模擬微重力環(huán)境。氣足支撐是利用壓縮空氣將物體與接觸面分離，極大減小摩擦力的影響，合理控制氣壓抵消重力，這種微重力模擬方法效果好，但是成本高。中性液體浮力方法是使訓(xùn)練環(huán)境浸入液體中，利用浮力的作用抵消重力，水浮法無法抵消液體產(chǎn)生的流體阻力，同時單次實驗成本昂貴，準(zhǔn)備時間長；運動法模擬微重力是使物體按照特定的規(guī)律運動，使物體的重力全部用來抵消離心力或慣性力，以此消除重力影響。運動法模擬微重力是將宇航員和訓(xùn)練物體提升到較高的高度，然后讓其自由下落，下落過程可以視為微重力環(huán)境，當(dāng)下落到一定高度時安全停止。運動法模擬可以十分接近真實的微重力環(huán)境，但是造價昂貴，同時模擬時間受到自由落體時間的限制不能長時間模擬。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提供一種模擬微重力環(huán)境物件搬運訓(xùn)練的裝置及其摩擦力矩補償方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：包括用于懸吊的主支撐桿、設(shè)置在主支撐桿下端的滑輪平臺、設(shè)置在滑輪平臺一側(cè)的電機制動器和摩擦力補償電機、設(shè)置在滑輪平臺中的滑輪、設(shè)置在滑輪平臺另一側(cè)的滑輪平臺配重塊、設(shè)置在滑輪上的鋼絲繩，滑輪所在的軸通過聯(lián)軸器與電機制動器輸出軸連接，摩擦力補償電機上設(shè)置有編碼器，鋼絲繩的一端設(shè)置有模擬負載配重塊和把手配重塊、另一端設(shè)置有模擬負載，模擬負載上設(shè)置有多維力傳感器，多維力傳感器連接有把手，摩擦力補償電機用于產(chǎn)生抵消滑輪軸摩擦力矩的電機補償力矩，根據(jù)模擬負載質(zhì)量的不同改變電機補償力矩的大小，消除重力對上下運動操作力的影響。

本發(fā)明還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.模擬負載、模擬負載配重塊的大小及質(zhì)量相同。