一種用於空間繩系組合體的大張力長繫繩收放裝置的製作方法

2023-04-30 08:29:01 2

本發明涉及空間繫繩控制裝置，尤其涉及一種用於空間繩系組合體的大張力長繫繩收放裝置。

背景技術：

空間繩系系統一般採用易卷取的柔性繫繩，在系統的在軌操作過程中，一般需要通過繫繩末端連接的繫繩卷取機構對繫繩實現長度控制或者張力控制。因此，繫繩卷取機構的設計以及性能對空間繩系系統能否順利完成任務起著相當重要的作用，如上述的tss-1在軌試驗，就因繫繩釋放機構的技術故障使得繫繩因張力過大而斷裂，導致了任務的失敗。對於空間繩系系統而言，繫繩控制機構是控制繫繩長度、速率及張力的執行機構，在繩系系統方案設計、動力學模型分析、控制系統設計及試驗驗證等各個環節都必須加以考慮。另外，針對空間特殊要求，裝置還需集成度要高、質量輕、體積小、結構簡單可靠等特點。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種用於空間繩系組合體的大張力長繫繩收放裝置，該裝置同時具備空間繫繩擺角可測、繫繩長度可測可控、繫繩張力可測可控等功能，通過合理設計使得裝置能同時具有張力精度高、張力量程大（最大可控可測張力200n）以及繫繩尺度大（最大收繩長度200m）等功能特色。

為了達到上述發明目的，本發明採用的技術方案是：

本發明在外殼內，沿外殼長度方向，依次裝有繫繩姿態入角測量部件、導繩部件、張力預緊部件、繩長測量部件、張力測量部件、排繩部件和繫繩卷繞部件。

所述繫繩姿態入角測量部件，包括：u形角度測量固定架、第一軸承座、第一半環框架、第二軸承座、第二半環框架、第一角度傳感器和第二角度傳感器；u形角度測量固定架固定在外殼上、下面之間，u形角度測量固定架左側板外側裝有第二角度傳感器，第二角度傳感器的轉動軸穿過左側板與第二半環框架一端的孔固接，第二半環框架另一端的軸頭與u形角度測量固定架右側板外側的第二軸承座轉動連接；u形角度測量固定架下板外側裝有第一角度傳感器，第一角度傳感器的轉動軸穿過下板與第一半環框架一端的孔固接，第一半環框架的另一端軸頭與安裝在u形角度測量固定架中間上板的第一軸承座轉動連接，第一半環框架與第二半環框架半徑不同，所述二個半環框架中部均開有寬度與繫繩直徑相同的弧形通槽，且二個半環框架軸線相交處安裝開有過繩孔的連接板。

所述導繩部件，包括：第一小導輪、第二小導輪、第一心軸和第二心軸；第一小導輪與第一心軸為轉動配合，第二小導輪與第二心軸為轉動配合，第一心軸與第二心軸兩端通過螺紋分別與u形角度測量固定架的中間上板和底板連接，所述二個小導輪中部均開有u形導繩槽，且位於同一水平位置。

所述張力預緊部件，包括：第一陶瓷片、第二陶瓷片、彈簧、帶螺母心軸，帶螺母心軸與過繩立板連接，第一陶瓷片、第二陶瓷片及彈簧依次套在帶螺母心軸上，通過調解帶螺母心軸的螺母調節繫繩預緊張力。

所述繩長測量部件，包括：過繩立板、繩長測量導輪、軸承座、聯軸器，固定架和旋轉編碼器；過繩立板垂直安裝在外殼上、下面間，過繩立板的板面與外殼的長邊平行，過繩立板安裝有軸承座，繩長測量導輪的伸出軸穿過軸承座的軸承內圈並插入聯軸器的一端內孔中，聯軸器的另一端內孔與旋轉編碼器的伸出軸連接，旋轉編碼器與固定架連接，固定架安裝固定在過繩立板上。

所述張力測量部件，包括：小張力測量導輪、大張力測量導輪、輔助導輪、小量程張力傳感器和大量程張力傳感器；小量程張力傳感器與大量程張力傳感器安裝在過繩立板上，小張力測量導輪、大張力測量導輪分別與小量程張力傳感器、大量程張力傳感器的伸出軸固連，輔助導輪安裝固定過繩立板上，且位於大張力測量導輪的右上方。

所述排繩部件，包括：直線電機底座、直線電機滑塊、連接板、第一導輪、第二導輪；直線電機底座兩端留有螺孔，通過螺釘垂直安裝在外殼上、下面間，直線電機滑塊與連接板滑動連接，連接板上部安裝有第一導輪和第二導輪，第一導輪和第二導輪配合，第一導輪和第二導輪通過u形導繩槽形成過繩孔，直線電機滑塊的上、下極限位置分別對應於卷繩筒軸向繞繩的有效極限位置。

所述繫繩卷繞部件，包括：軸承端蓋、卷繩筒、承力套筒、電磁剎車、光電編碼器、伺服電機、軸承卡簧、大軸承、減速器、平鍵和小軸承；在承力套筒內，減速器尾部與伺服電機頭部連接，伺服電機尾部與承力套筒內端面貼合，電磁剎車的頭部與承力套筒外端面連接，電磁剎車尾部與光電編碼器連接，以上零件構成動力模塊；將上述動力模塊插入卷繩筒內部，減速器輸出軸軸頭鍵槽，通過平鍵與卷繩筒固定連接，卷繩筒的一端與小軸承內圈配合，卷繩筒的另一端孔內臺階放置大軸承，大軸承內圈與承力套筒配合，通過卡簧實現大軸承的軸向固定。承力套筒的安裝法蘭與外殼底部固定，小軸承端部通過軸承端蓋與外殼上部固定。

本發明具有的有益效果是：

1、本發明同時具備繫繩姿態入角可測、繫繩長度可測可控、繫繩張力可測可控等功能。

2、本發明通過使用大、小量程兩個張力傳感器，使得裝置在測量繫繩張力量程大（200n）的同時保證了繫繩張力測量的高精度（張力測量精度最高可達0.15n）。

3、本發明的排繩部件使得回收到卷繩筒上的繫繩較多時繫繩可在捲筒上均勻排列而避免了繫繩的相互擠壓及塌落現象，裝置收放繫繩尺度大（最大收繩長度200m）

4、本發明可根據要求分別工作於繫繩張力控制模式、繫繩收放控制模式及繫繩鎖定控制模式，且各工作模式間可自由切換。

附圖說明

圖1是本發明的正視圖。

圖2是本發明的前側三維圖。

圖3是本發明的後側三維圖。

圖4是本發明的繫繩姿態入角測量部件與導繩部件圖。

圖5是本發明的卷繞部件剖視圖。

圖中：1、繫繩姿態入角測量部件，2、導繩部件，3、張力預緊部件，4、繩長測量部件，5、張力測量部件，6、排繩部件，7、繫繩卷取部件，8、繫繩，9、外殼，1.1、u形角度測量固定架，1.2、第一軸承座，1.3、第一半環框架，1.4、第二軸承座，1.5、第二半環框架，1.6、第一角度傳感器，1.7、第二角度傳感器，2.1、第一小導輪，2.2、第二小導輪，2.3、第一心軸，2.4、第二心軸，3.1、第一陶瓷片，3.2、第二陶瓷片，3.3、彈簧，3.4、帶螺母心軸，4.1、過繩立板，4.2、繩長測量導輪，4.3、軸承座，4.4、聯軸器，4.5、固定架，4.6、旋轉編碼器，5.1、小張力測量導輪，5.2、大張力測量導輪，5.3、輔助導輪，5.4、小量程張力傳感器，5.5、大量程張力傳感器，6.1、第一導輪，6.2、第二導輪，6.3、連接板，6.4、直線電機滑塊，6.5、直線電機底座，7.1、軸承端蓋，7.2、卷繩筒，7.3、承力套筒，7.4、電磁剎車，7.5、光電編碼器，7.6、伺服電機，7.7、軸承卡簧，7.8、大軸承，7.9、減速器，7.10、平鍵，7.11、小軸承。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

如圖1、圖2所示，本發明在外殼9內，沿外殼長度方向，依次裝有繫繩姿態入角測量部件1、導繩部件2、張力預緊部件3、繩長測量部件4、張力測量部件5、排繩部件6和繫繩卷繞部件7。

如圖1、圖4所示，所述繫繩姿態入角測量部件1，包括：u形角度測量固定架1.1、第一軸承座1.2、第一半環框架1.3、第二軸承座1.4、第二半環框架1.5、第一角度傳感器1.6和第二角度傳感器1.7；u形角度測量固定架1.1固定在外殼9上、下面之間，u形角度測量固定架1.1左側板外側裝有第二角度傳感器1.7，第二角度傳感器1.7的轉動軸穿過左側板與第二半環框架1.5一端的孔固接，第二半環框架1.5另一端的軸頭與u形角度測量固定架1.1右側板外側的第二軸承座1.4轉動連接；u形角度測量固定架1.1下板外側裝有第一角度傳感器1.6，第一角度傳感器1.6的轉動軸穿過下板與第一半環框架1.3一端的孔固接，第一半環框架1.3的另一端軸頭與安裝在u形角度測量固定架1.1中間上板的第一軸承座1.2轉動連接，第一半環框架1.3與第二半環框架1.5半徑不同，所述二個半環框架中部均開有寬度與繫繩8直徑相同的弧形通槽，且二個半環框架軸線相交處安裝開有過繩孔的連接板(圖4中未標出開有過繩孔的連接板)。

如圖2、圖4所示，所述導繩部件2，包括：第一小導輪2.1、第二小導輪2.2、第一心軸2.3和第二心軸2.4；第一小導輪2.1與第一心軸2.3為轉動配合，第二小導輪2.2與第二心軸2.4為轉動配合，第一心軸2.3與第二心軸2.4兩端通過螺紋分別與u形角度測量固定架1.1的中間上板和底板連接，所述二個小導輪中部均開有u形導繩槽，且位於同一水平位置。

如圖3所示，所述張力預緊部件3，包括：第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2、彈簧3.3、帶螺母心軸3.4，帶螺母心軸3.4與過繩立板4.1連接，第一陶瓷片3.1、第二陶瓷片3.2及彈簧3.3依次套在帶螺母心軸3.4上，通過調解帶螺母心軸3.4的螺母調節繫繩8預緊張力。

如圖2、圖3所示，所述繩長測量部件4，包括：過繩立板4.1、繩長測量導輪4.2、軸承座4.3、聯軸器4.4，固定架4.5和旋轉編碼器4.6；過繩立板4.1垂直安裝在外殼9上、下面間，過繩立板4.1的板面與外殼9的長邊平行，過繩立板4.1通過螺紋連接安裝有軸承座4.3，繩長測量導輪4.2的伸出軸穿過軸承座4.3的軸承內圈並插入聯軸器4.4的一端內孔中，聯軸器4.4的另一端內孔與旋轉編碼器4.6的伸出軸連接，旋轉編碼器4.6與固定架4.5連接，固定架4.5安裝固定在過繩立板4.1上。

如圖2、圖3所示，所述張力測量部件5，包括：小張力測量導輪5.1、大張力測量導輪5.2、輔助導輪5.3、小量程張力傳感器5.4和大量程張力傳感器5.5；小量程張力傳感器5.4與大量程張力傳感器5.5安裝在過繩立板4.1上，小張力測量導輪5.1、大張力測量導輪5.2分別與小量程張力傳感器5.4、大量程張力傳感器5.5的伸出軸固連，輔助導輪5.3安裝固定過繩立板4.1上，且位於大張力測量導輪5.2的右上方。

如圖2所示，所述排繩部件6，包括：直線電機底座6.5、直線電機滑塊6.4、連接板6.3、第一導輪6.1、第二導輪6.2；直線電機底座6.1兩端留有螺孔，通過螺釘垂直安裝在外殼9上、下面間，直線電機滑塊6.4與連接板6.3滑動連接，連接板6.3上部安裝有第一導輪6.1和第二導輪6.2，第一導輪6.1和第二導輪6.2配合，第一導輪6.1和第二導輪6.2通過u形導繩槽形成過繩孔，直線電機滑塊6.4的上、下極限位置分別對應於卷繩筒7.2軸向繞繩的有效極限位置。

如圖2、圖5所示，所述繫繩卷繞部件7，包括：軸承端蓋7.1、卷繩筒7.2、承力套筒7.3、電磁剎車7.4、光電編碼器7.5、伺服電機7.6、軸承卡簧7.7、大軸承7.8、減速器7.9、平鍵7.10和小軸承7.11；在承力套筒7.3內，減速器7.9尾部與伺服電機7.6頭部連接，伺服電機7.6尾部與承力套筒7.3內端面貼合，電磁剎車7.4的頭部與承力套筒7.3外端面連接，電磁剎車7.4尾部與光電編碼器7.5連接，以上零件構成動力模塊；將上述動力模塊插入卷繩筒7.2內部，減速器7.9輸出軸軸頭鍵槽，通過平鍵7.10與卷繩筒7.2固定連接，卷繩筒7.2的一端與小軸承7.11內圈配合，卷繩筒7.2的另一端孔內臺階放置大軸承7.8，大軸承7.8內圈與承力套筒7.3配合，通過卡簧7.7實現大軸承7.8的軸向固定。承力套筒7.3的安裝法蘭與外殼9底部固定，小軸承7.11端部通過軸承端蓋7.1與外殼9上部固定。

本發明的工作原理：

繫繩8從裝置外部依次穿過繫繩姿態入角測量部件1的第一半環框架1.3與第二半環框架1.5的過線槽及二者軸線相交處的連接板上的過繩孔，再經過導繩部件2的二個小導輪u形導繩槽形成的過繩孔，改變成水平走向後經過預緊張力部件3的第一陶瓷片3.1和第二陶瓷片3.2間隙，依次經過繩長測量部件4的繩長測量導輪4.2、小張力導輪5.1、大張力測量導輪5.2及輔助輪5.3後再經過排繩部件6的第一導輪6.1和第二導輪6.2的u形導繩槽形成的過繩孔，最後進入繫繩卷取部件7的卷繩筒7.2，繫繩8固定在卷繩筒7.2的內壁處。繫繩姿態入角測量部件1實現繫繩二維姿態入角測量，通過張力預緊部件2防止繫繩8在裝置內部鬆弛，通過導繩部件3改變繫繩走向，收放繩時通過繩長測量部件4實現繫繩收放長度的測量，通過張力測量部件實現繫繩張力與的測量，通過直線電機滑塊6.4的往復直線運動實現繫繩收繩時在卷繩筒7.2上的均勻排列，放繩時直線電機滑塊6.4處於非工作的自由運動狀態，通過伺服電機7.6驅動卷繩筒7.2旋轉實現繫繩8的收放。