一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置製造方法

2023-09-13 02:37:25

一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置製造方法
【專利摘要】本發明與繫繩收放裝置相關，尤其涉及一種張力和收放長度可控的，進線姿態角度可測的繫繩收放裝置。該裝置包括伺服電機、卷線筒、伺電機驅動器、導輪豎板、計米器、張力傳感器、張力調節器、角度測量固定架、底板、電機編碼器、電磁製動器、減速器、電機固定架、齒輪鍵、安裝耳朵等。
【專利說明】一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置
【技術領域】
[0001]本發明與繫繩收放裝置相關，尤其涉及一種張力和收放長度可控的，進線姿態角度可測的繫繩收放裝置。
【背景技術】
[0002]在軌服務技術(On-Orbit Servicing, 00S)是當前航天領域十分活躍的前沿問題。許多空間結構採用繩繫結構，空間繩索收放的控制對衛星空間姿態穩定有著重要影響，繫繩的收放是一項關鍵技術。而繩索在空間應用經過多年的實驗與理論研究取得了豐碩的成果。繩索相對於剛體或柔性體有著如受力方向性、較大韌性、應力應變關係的時變非線性和輕質等獨特的力學特性，為同時滿足繫繩長度、速度、張力等控制的要求，空間繫繩收放裝置設計有其獨特的要求。地面繩索吊裝系統通常需要避免繩索因擺角過大而使系統不穩定甚至事故，通過擺角檢測反饋至執行機構並採取必要的控制策略將繩索的擺動抑制在一定範圍內直至穩定，此類機構通過改變繩索懸掛點的位移及迴轉運動來抑制擺動的方法不能控制繩索方向上的振動。紡織行業中各種紗線布匹的卷繞、造紙行業中紙張的卷繞以及電線電纜等柔性材料的卷取常根據使用要求對卷繞材料的張力進行適當的調整，此類機構的對材料的張力控制具有較高的要求，但一般不對繩纜入角進行測量和控制，也不能實現對繩纜的釋放控制。上述兩類機構在空間中應用均有其局限性。本發明亦可應用在地面系統。

【發明內容】

[0003]本發明的目的是為了提出一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置，該裝置結構緊湊、體積小、重量輕，不僅可以根據提供的張力曲線模擬跟蹤控制，通過一定的張力控制策略使繩系組合體系統保持在特定的工作狀態下，還能對繫繩收放的長度和繫繩偏擺空間角度進行測量，為控制策略提供反饋變量，有利於繩系組合體系統的軌道機動穩定；還可應用在地面系統。
[0004]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0005]本發明的一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置，該裝置包括伺服電機、卷線筒、伺電機驅動器、導輪豎板、計米器、張力傳感器、張力調節器、角度測量固定架、底板、電機編碼器、電磁製動器、減速器、電機固定架、齒輪鍵a、錐齒輪a、錐齒輪b、安裝耳朵a、軸承
a、齒輪鍵b、捲筒軸、捲筒鍵、軸承b、安裝耳朵b、壓力可調裝置上板、壓力可調裝置螺母、上壓輪、計米器導輪、繫繩導輪a、繫繩導輪b、角位移傳感器a、張力傳感器導輪、小軸承a、弧形懸臂a、弧形懸臂b、小軸承b和角位移器b ;其中，減速器上帶有減速器鍵槽；捲筒軸上帶有捲筒軸齒輪鍵槽和捲筒軸鍵槽；
[0006]電機固定架通過螺釘固定在底板上，減速器的法蘭盤固定安裝在電機固定架上，伺服電機的軸與減速器的軸通過行星齒輪連接；伺服電機的外殼與減速器的外殼固定連接；電磁製動器與伺服電機固定連接；電機編碼器與電磁製動器固定連接；
[0007]減速器通過減速器鍵槽和齒輪鍵a與錐齒輪a固定連接；[0008]安裝耳朵a和安裝耳朵b為一對耳朵；
[0009]安裝耳朵a固定在底板上，軸承a的外圈固定在安裝耳朵a上，安裝耳朵a起到支撐並固定軸承a的作用；軸承a的內圈固定在捲筒軸上；捲筒軸穿過軸承a和安裝耳朵a後通過捲筒軸齒輪鍵槽和齒輪鍵b與錐齒輪b固定連接；錐齒輪a和錐齒輪b相互嚙合；
[0010]卷線筒通過捲筒軸鍵槽和捲筒鍵與捲筒軸固定連接；
[0011]安裝耳朵b固定在底板上，軸承b的外圈固定在安裝耳朵b上，，軸承b的內圈與捲筒軸固定連接；
[0012]伺電機驅動器固定在底板上，伺服電機通過伺電機驅動器進行驅動；
[0013]壓力可調裝置上板的頂端為一上平板、底端帶有圓板、中間為螺紋柱，螺紋柱上套裝有彈簧；圓板下面還有一部分圓柱，與中間的螺紋柱一體成型但不帶有螺紋；圓板在螺紋柱和圓柱之間可以上下移動；
[0014]導輪豎板固定在底板上，計米器通過端面安裝法蘭固定在導輪豎板上，計米器導輪固定在計米器的軸上，壓力可調裝置上板固定在導輪豎板上，壓力可調裝置螺母套裝在壓力可調裝置上板的螺紋柱上；
[0015]上壓輪為帶有U形支架的壓輪，壓輪通過軸固定在U形支架上；U形支架與壓力可調裝置上板上的圓柱為活動連接，上壓輪在壓力可調裝置上板的彈簧的作用下，可以沿圓柱上下移動；
[0016]上壓輪和計米器導輪之間壓繫繩通過摩擦力進行嚙合，摩擦力可由壓力可調裝置彈簧的壓緊力調節；
[0017]張力傳感器固定在底板上，張力傳感器導輪固定在張力傳感器上；
[0018]繫繩導輪a通過軸承固定在導輪豎板上；
[0019]繫繩導輪b通過軸承固定在導輪豎板上；
[0020]張力調節器固定在導輪豎板上；
[0021]繫繩依次通過計米器導輪、張力傳感器導輪、繫繩導輪b、繫繩導輪a和張力調節器；計米器導輪、張力傳感器導輪、繫繩導輪b、繫繩導輪a和張力調節器在一個豎直面上；
[0022]角度測量固定架為一體成型，上端帶有頂板、中間帶有橫板、兩側帶有側板；
[0023]角度測量固定架固定在底板上；角位移傳感器a的外殼固定在角度測量固定架的頂板上；角位移傳感器a的軸穿過角度測量固定架的頂板；
[0024]角位移器b的外殼固定在角度測量固定架的一個側板上；角位移器b的軸穿過角度測量固定架的側板；
[0025]小軸承b的外圈固定在角度測量固定架的橫板上；弧形懸臂b的一端固定在小軸承b的內圈上，其另一端固定在角位移傳感器a的軸上；
[0026]小軸承a的外圈固定在角度測量固定架的另一個側板上；弧形懸臂a的一端固定在小軸承a的內圈上，其另一端固定在角位移器b的軸上。
[0027]有益效果
[0028]本發明實現了空間繩系的繫繩張力和繫繩偏擺兩自由度空間角度的精確測量，同時能夠對繫繩收放速度、長度及方向進行檢測，而通過伺服電機能夠實現對張力的模擬跟蹤控制，該裝置結構緊湊、體積小、重量輕，有利於繩系組合體系統的機動穩定，亦可用於地面系統。【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發明的裝置的組成示意圖；
[0030]圖2是本發明的裝置的分解示意圖；
[0031]圖3角度測量固定架的結構示意圖；
[0032]圖4是導輪豎板上各過線裝置布置示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0034]實施例
[0035]如圖1和圖2所示，一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置，該裝置包括伺服電機1、卷線筒2、伺電機驅動器3、導輪豎板4、計米器5、張力傳感器6、張力調節器7、角度測量固定架8、底板9、電機編碼器10、電磁製動器11、減速器12、電機固定架13、齒輪鍵al5、錐齒輪al6、錐齒輪bl7、安裝耳朵al8、軸承al9、齒輪鍵b21、捲筒軸22、捲筒鍵24、軸承b25、安裝耳朵b26、壓力可調裝置上板27、壓力可調裝置螺母28、上壓輪29、計米器導輪30、繫繩導輪a31、繫繩導輪b32、角位移傳感器a33、張力傳感器導輪34、小軸承a35、弧形懸臂a36、弧形懸臂b37、小軸承b38和角位移器b39 ;其中，減速器12上帶有減速器鍵槽14 ;捲筒軸22上帶有捲筒軸齒輪鍵槽20和捲筒軸鍵槽23 ；
[0036]電機固定架13通過螺釘固定在底板9上，減速器12的法蘭盤固定安裝在電機固定架13上，伺服電機I的軸與減速器12的軸通過行星齒輪連接；伺服電機I的外殼與減速器12的外殼固定連接；電磁製動器11與伺服電機I固定連接；電機編碼器10與電磁製動器11固定連接；
[0037]減速器12通過減速器鍵槽14和齒輪鍵al5與錐齒輪al6固定連接；
[0038]安裝耳朵al8和安裝耳朵b26為一對耳朵；
[0039]安裝耳朵al8固定在底板9上，軸承al9的外圈固定在安裝耳朵al8上，安裝耳朵al8起到支撐並固定軸承al9的作用；軸承al9的內圈固定在捲筒軸22上；捲筒軸22穿過軸承al9和安裝耳朵al8後通過捲筒軸齒輪鍵槽20和齒輪鍵b21與錐齒輪bl7固定連接；錐齒輪al6和錐齒輪bl7相互嚙合；
[0040]卷線筒2通過捲筒軸鍵槽23和捲筒鍵24與捲筒軸22固定連接；
[0041]安裝耳朵b26固定在底板9上，軸承b25的外圈固定在安裝耳朵b26上，，軸承b25的內圈與捲筒軸22固定連接；
[0042]伺電機驅動器3固定在底板9上，伺服電機I通過伺電機驅動器3進行驅動；
[0043]壓力可調裝置上板27的頂端為一上平板、底端帶有圓板、中間為螺紋柱，螺紋柱上套裝有彈簧；圓板下面還有一部分圓柱，與中間的螺紋柱一體成型但不帶有螺紋；圓板在螺紋柱和圓柱之間可以上下移動；
[0044]導輪豎板4固定在底板9上，計米器5通過端面安裝法蘭固定在導輪豎板4上，計米器導輪30固定在計米器5的軸上，壓力可調裝置上板27固定在導輪豎板4上，壓力可調裝置螺母28套裝在壓力可調裝置上板27的螺紋柱上；
[0045]上壓輪29為帶有U形支架的壓輪，壓輪通過軸固定在U形支架上；U形支架與壓力可調裝置上板27上的圓柱為活動連接，上壓輪29在壓力可調裝置上板27的彈簧的作用下，可以沿圓柱上下移動；
[0046]如圖4所示，上壓輪29和計米器導輪30之間壓繫繩通過摩擦力進行嚙合，摩擦力可由壓力可調裝置彈簧的壓緊力調節；
[0047]張力傳感器6固定在底板9上,張力傳感器導輪34固定在張力傳感器6上；
[0048]繫繩導輪a31通過軸承固定在導輪豎板4上；
[0049]繫繩導輪b32通過軸承固定在導輪豎板4上；
[0050]張力調節器7固定在導輪豎板4上；
[0051]繫繩依次通過計米器導輪30、張力傳感器導輪34、繫繩導輪b32、繫繩導輪a31和張力調節器7 ;計米器導輪30、張力傳感器導輪34、繫繩導輪b32、繫繩導輪a31和張力調節器7在一個豎直面上；
[0052]如圖3所示，角度測量固定架8為一體成型，上端帶有頂板、中間帶有橫板、兩側帶有側板；
[0053]角度測量固定架8固定在底板9上；角位移傳感器a33的外殼固定在角度測量固定架8的頂板上；角位移傳感器a33的軸穿過角度測量固定架8的頂板；
[0054]角位移器b39的外殼固定在角度測量固定架8的一個側板上；角位移器b39的軸穿過角度測量固定架8的側板；
[0055]小軸承b38的外圈固定在角度測量固定架8的橫板上；弧形懸臂b37的一端固定在小軸承b38的內圈上，其另一端固定在角位移傳感器a33的軸上；
[0056]小軸承a35的外圈固定在角度測量固定架8的另一個側板上；弧形懸臂a36的一端固定在小軸承a35的內圈上,其另一端固定在角位移器b39的軸上。
[0057]弧形懸臂36和37轉軸所交的球心處固定有一出線口。
[0058]伺服電機I與電磁製動器11，電機編碼器10以及減速器12 —起構成執行元件，執行元件通過電機固定板固定在底板上，伺服電機I通過一對錐齒輪16和17將動力傳給捲筒軸22，卷線筒2通過鍵與捲筒軸22實現軸向連接，捲筒軸兩端安裝軸承，通過兩個安裝耳朵18和26固定於底板上。導輪豎板4垂直固定於底板上，導輪豎板4上安裝有計米器5，張力傳感器6，張力調節器7，且這些裝置的導輪的過線面在同一平面內。進線口處安裝有繫繩偏擺空間角度測量裝置。
[0059]同心弧形懸臂36與37半徑不同，且在弧形懸臂的中心位置開有寬度是所過繫繩直徑的方形槽，在兩弧形懸臂理論球心處，安裝有出線口。弧形架36的一端連接軸承35，另一端連接角位移傳感器39，弧形架37 —端連接軸承38，另一端連接角位移傳感器33。編碼器與軸承都固定於固定架8上。這樣弧形懸臂36與弧形懸臂37分別可以繞各自的軸轉動。繫繩分別穿過兩懸臂底部中心所開的方形槽中，並通過弧形懸臂的理論球心處的出線口穿出。這樣當繩子在空間擺動時，可以分解成兩個相互獨立的運動，通過弧形懸臂36與37分別帶動角位移傳感器33與39轉動，從而測得繩系在兩個方向的擺動角度。
[0060]繫繩首先穿過過空間角度測量裝置中兩弧形懸臂36與37頂部中心的方形槽，然後經過兩弧形懸臂36與37底部球心處的出線口穿出，兩弧形懸臂繞各自軸轉過的角度正是繫繩與裝置的空間進線角度，而此角度可由兩個角位移傳感器33和39測得，這樣裝置首先就可以測出繫繩進入裝置時的空間進線角度。繫繩接著經過張力調節器7的過線槽，通過調節張力調節器7上的調節螺母可以將繫繩的預張力值調節到合適值，以防止繫繩在裝置內部鬆弛脫落。然後繫繩經過導輪31和導輪32，將繫繩引導至張力傳感器的導輪34處，由張力傳感器測得繫繩上張力，再經過計米器的上壓緊輪29與計米器導輪30將繫繩壓緊，繫繩帶動計米器導輪30轉動而測得繫繩收放的長度和速度，通過調節螺母28可以調節上壓輪29和計米器導輪30與它們間繫繩的壓緊力，以提供足夠大靜摩擦力防止繫繩與計米器導輪30產生相對滑動而出現繫繩收放長度測量不準確的情況，將繫繩連接固定於卷線筒2的內壁處。裝置中的執行元件由電磁製動器11、電機編碼器10、伺服電機I及減速器12組成，通過錐齒輪對16與17組成的傳動機構傳動至卷線筒2，因而控制伺服電機的力矩輸出就能調節繫繩的卷繞力矩，最終能夠根據張力傳感器測量到繫繩上的張力值大小並通過PID控制等控制策略實現對繫繩張力的閉環控制。
【權利要求】
1.一種張力和收放長度可控的繫繩收放裝置，其特徵在於:該裝置包括伺服電機(I)、卷線筒(2)、伺電機驅動器(3)、導輪豎板(4)、計米器(5)、張力傳感器(6)、張力調節器(7)、角度測量固定架(8)、底板(9)、電機編碼器(10)、電磁製動器(11)、減速器(12)、電機固定架(13)、齒輪鍵a (15)、錐齒輪a (16)、錐齒輪b (17)、安裝耳朵a (18)、軸承a (19)、齒輪鍵b (21)、捲筒軸(22)、捲筒鍵(24)、軸承b (25)、安裝耳朵b (26)、壓力可調裝置上板(27)、壓力可調裝置螺母(28)、上壓輪(29)、計米器導輪(30)、繫繩導輪a (31)、繫繩導輪b (32)、角位移傳感器a (33)、張力傳感器導輪(34)、小軸承a (35)、弧形懸臂a (36)、弧形懸臂b (37)、小軸承b (38)和角位移器b (39)； 其中，減速器(12上帶有減速器鍵槽(14);捲筒軸(22)上帶有捲筒軸齒輪鍵槽(20和捲筒軸鍵槽(23)； 電機固定架(13)通過螺釘固定在底板(9)上，減速器(12)的法蘭盤固定安裝在電機固定架(13)上，伺服電機(I)的軸與減速器(12)的軸通過行星齒輪連接；伺服電機(I)的外殼與減速器(12)的外殼固定連接；電磁製動器(11)與伺服電機(I)固定連接；電機編碼器(10)與電磁製動器(11)固定連接； 減速器(12)通過減速器鍵槽(14)和齒輪鍵a (15)與錐齒輪a (16)固定連接； 安裝耳朵a (18)和安裝耳朵b (26)為一對耳朵； 安裝耳朵a (18)固定在底板(9)上，軸承a (19)的外圈固定在安裝耳朵a (18)上，安裝耳朵a (18)起到支撐並固定軸承a (19)的作用；軸承a (19)的內圈固定在捲筒軸(22)上；捲筒軸(22)穿過軸承a (19)和安裝耳朵a (18)後通過捲筒軸齒輪鍵槽(20)和齒輪鍵b (21)與錐齒輪b (17)固定連接；錐齒輪a (16)和錐齒輪b (17)相互嚙合；卷線筒(2)通過捲筒軸鍵槽(23)和捲筒鍵(24)與捲筒軸(22)固定連接； 安裝耳朵b (26)固定在底板(9)上，軸承b (25)的外圈固定在安裝耳朵b (26)上，軸承b (25)的內圈與捲筒軸(22)固定連接； 伺電機驅動器(3 )固定在底板(9 )上，伺服電機(I)通過伺電機驅動器(3 )進行驅動；壓力可調裝置上板(27)的頂端為一上平板、底端帶有圓板、中間為螺紋柱，螺紋柱上套裝有彈簧；圓板下面還有一部分圓柱，與中間的螺紋柱一體成型但不帶有螺紋；圓板在螺紋柱和圓柱之間可以上下移動； 導輪豎板(4)固定在底板(9)上，計米器(5)通過端面安裝法蘭固定在導輪豎板(4)上，計米器導輪(30)固定在計米器(5)的軸上，壓力可調裝置上板(27)固定在導輪豎板(4)上，壓力可調裝置螺母(28)套裝在壓力可調裝置上板(27)的螺紋柱上； 上壓輪(29)為帶有U形支架的壓輪，壓輪通過軸固定在U形支架上；U形支架與壓力可調裝置上板(27)上的圓柱為活動連接，上壓輪(29)在壓力可調裝置上板(27)的彈簧的作用下，可以沿圓柱上下移動； 上壓輪(29)和計米器導輪(30)之間壓繫繩通過摩擦力進行嚙合，摩擦力可由壓力可調裝置彈簧的壓緊力調節； 張力傳感器(6)固定在底板(9)上,張力傳感器導輪(34)固定在張力傳感器(6)上； 繫繩導輪a (31)通過軸承固定在導輪豎板(4)上； 繫繩導輪b (32)通過軸承固定在導輪豎板(4)上； 張力調節器(7)固定在導輪豎板(4))上；繫繩依次通過計米器導輪(30)、張力傳感器導輪(34)、繫繩導輪b (32)、繫繩導輪a(31)和張力調節器(7);計米器導輪(30)、張力傳感器導輪(34)、繫繩導輪b (32)、繫繩導輪a (31)和張力調節器(7)在一個豎直面上； 角度測量固定架(8)為一體成型，上端帶有頂板、中間帶有橫板、兩側帶有側板； 角度測量固定架(8)固定在底板(9))上；角位移傳感器a (33)的外殼固定在角度測量固定架(8)的頂板上；角位移傳感器a (33)的軸穿過角度測量固定架(8)的頂板； 角位移器b (39)的外殼固定在角度測量固定架(8)的一個側板上；角位移器b (39)的軸穿過角度測量固定架(8)的側板； 小軸承b (38)的外圈固定在角度測量固定架(8)的橫板上；弧形懸臂b (37)的一端固定在小軸承b (38)的內圈上，其另一端固定在角位移傳感器a (33)的軸上； 小軸承a (35)的外圈固定在角度測量固定架(8)的另一個側板上；弧形懸臂a (36)的一端固定在小軸承a (35)的內圈上,其另一端固定在角位移器b (39)的軸上。
【文檔編號】B65H59/00GK103587722SQ201310505583
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月23日 優先權日:2013年10月23日
【發明者】郭吉豐, 譚春林, 劉永健, 王班, 易琳 申請人:浙江大學, 北京空間飛行器總體設計部