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  • 一種主被動混合驅動自適應重力卸載宇航員地面訓練系統的制作方法

    文檔序號:26100851發布日期:2021-07-30 18:11

    技術特征:

    1.一種主被動混合驅動自適應重力卸載宇航員地面訓練系統,其特征在于,主體由桁車二自由度運動平臺與自適應重力卸載系統組成;

    所述桁車二自由度運動平臺由導軌一,桁車驅動器一,導軌二,桁車驅動器二組成,安裝在桁架結構上,所述導軌一安裝在桁架兩側橫梁上;所述桁車驅動器一安裝在導軌一上,在自身電機的驅動下可沿導軌一直線運動;所述導軌二兩端通過螺栓分別安裝固定在兩臺桁車驅動器一的底部,兩臺桁車驅動器一沿著導軌一同步直線運動實現導軌二的直線運動;所述桁車驅動器二安裝在導軌二上,在自身電機的驅動下可沿導軌二直線運動;通過桁車驅動器一、桁車驅動器二的運動實現二自由度平動;

    所述自適應重力卸載系統由伺服轉臺,主動恒力系統,被動自適應懸吊系統組成,通過螺栓安裝在桁車二自由度運動平臺上;

    所述伺服轉臺,主體為扁平圓柱體,通過頂部的法蘭裝配在桁車二自由度運動平臺底部,在驅動系統的控制下可繞偏平圓柱體軸線轉動,軸線垂直于水平面;

    所述主動恒力系統,由連接器、主動伺服系統、被動恒力系統一、動滑輪、主吊索組成,通過連接器頂部的法蘭裝配在伺服轉臺底部,所述連接器頂部設計有法蘭,底部設計有螺紋接口的板筋焊接框架結構;述主動伺服系統,由連接支架二、相機、直角變速器、齒軸二、螺紋補償環、卷筒二、副吊索三組成;所述連接支架二主體為l型的板狀結構,上端設計由螺紋副用于與其他機構裝配,中間為正方形帶有螺栓孔及軸孔的正方形板狀結構用于與伺服電機和直角變速器的連接固定,下端是帶有螺紋孔的板狀結構,用于安裝相機;所述伺服電機、直角變速器通過螺釘安裝在連接支架二上,伺服電機為直角變速器提供扭矩驅動其輸出軸轉動。

    2.根據權利要求1所述的訓練系統,其特征還在于,所述直角變速器的輸出軸設計為帶有六個滑槽的齒軸二,用于與卷筒二中心的齒環配合,通過齒軸二驅動卷筒二轉動,同時卷筒沿著齒軸二上的滑槽沿軸線方向直線滑動;所述卷筒二中心設計有與齒軸二相配合的齒環結構,用于與齒軸二配合傳遞扭矩,卷筒二的內側轉軸外表面帶有螺紋用于與螺紋補償環內部螺紋配合;所述螺紋補償環為端部帶有法蘭且內部具有螺紋的環裝結構,其端部法蘭通過螺栓與直角變速器的齒軸二根部連接固定,與齒軸二同軸配合,內部螺紋用于與卷筒二的內側轉軸外表面螺紋配合;所述副吊索三纏繞在卷筒二上,通過卷筒的轉動實現對副吊索三的收放;由于卷筒二在收放副吊索三時,繞在卷筒二上的副吊索三圈數會發生變化,所以副吊索三豎直部分相對于卷筒二的位置會沿著齒軸二軸線方向偏移。

    3.根據權利要求2所述的訓練系統,其特征還在于,所述被動恒力系統一,由直線軸承,滑軌,限位塊,連接器,固定板,氣缸,雙槽動滑輪,鋼索,凸輪組,行星變速器,卷筒一,連接支架一組成。所述直線軸承裝配在滑軌上,可沿滑軌直線運動形成直線滑動副,滑軌底端安裝在連接支架一的矩形槽內,槽的一側設計有對應的安裝板,安裝板上設計有與滑軌上螺孔對應的安裝孔,通過螺栓將滑軌與連接支架一連接固定;所述限位塊安裝在滑軌的頂端用于限制直線軸承沿滑軌運動的范圍,防止直線軸承脫落;所述連接器,主體為u型框架結構,通過螺栓安裝在直線軸承上,端面設計有軸,用于安裝雙槽動滑輪;所述固定板主體結構為中間設計由圓孔的矩形板,采用螺栓裝配在連接器的底部,用于安裝氣缸;所述氣缸缸體通過頸部的螺栓結構裝配在固定板上,可隨著直線軸承沿滑軌上下直線運動,氣缸活塞桿通過鉸鏈裝配在連接支架一上,氣缸為直線軸承提供了一個向上的推力;所述雙槽動滑輪,為具有兩個環形槽的滑輪,各個環形槽可分別容納一根鋼索,雙槽動滑輪安裝在連接器的端部的軸上,可繞此軸軸心線自由轉動;所述行星變速器通過螺栓安裝在連接支架一的底部;所述凸輪組由凸輪一和凸輪二構成,固定安裝在行星變速器的短軸上,可隨著短軸轉動,凸輪一和凸輪二的邊緣設計由線槽用于容納鋼索;所述鋼索共兩條,兩端分別與雙槽動滑輪和凸輪組的凸輪一、凸輪二固定連接;所述卷筒一為中心帶有齒環的卷筒結構,其通過中心的齒環與行星變速器的齒軸一配合裝配在齒軸一上,通過齒軸一驅動卷筒一轉動的同時,卷筒一可沿齒軸一的鍵槽在齒軸一的軸心線滑動;卷筒一的內側轉軸外表面帶有螺紋用于與螺紋補償環內部螺紋配合;所述螺紋補償環為端部帶有法蘭且內部具有螺紋的環裝結構,其端部法蘭通過螺栓與行星變速器的齒軸一根部連接固定,與齒軸一同軸配合,內部螺紋用于與卷筒一的內側轉軸外表面螺紋配合;所述副吊索三兩端分別纏繞在卷筒一和卷筒二上,通過卷筒一和卷筒二的轉動實現對吊索的收放。被動恒力系統一通過連接支架一頂部的連接螺桿與連接器底部螺紋接口配合,安裝在連接器底部。

    4.根據權利要求2所述的訓練系統,其特征還在于,所述氣缸為純被動式驅動模式或主被動混合驅動模式。

    5.根據權利要求1所述的訓練系統,其特征還在于,所述動滑輪,裝配在主動伺服系統和被動恒力系統一所驅動的副吊索三上所述主吊索裝配在動滑輪底部用于為被動自適應懸吊系統提供豎直向上的恒定補償力。

    6.根據權利要求5所述的訓練系統,其特征還在于,所述被動自適應懸吊系統7,由被動隨動系統、被動恒力系統二、人機連接系統三部分構成;

    所述被動隨動系統,是由零剛度平行四邊形支架不斷串聯構成的樹型可動框架結構;所述平行四邊形支架由頂部球鉸鏈,平行四邊形機構,彈簧,內螺紋桿,絲杠,底端球鉸鏈,連接吊索構成。所述頂部球鉸鏈位于零剛度平行四邊形支架頂部,用于與上一級零剛度平行四邊形支架的底端球鉸鏈連接構成樹型結構;所述彈簧安裝在平行四邊形機構內構成了零剛度平行四邊機構,兩個這樣的零剛度平行四邊機構共同構成了零剛度平行四邊形支架主體框架;所述內螺紋桿通過螺栓固定在零剛度平行四邊形支架主體框架底部;所述絲杠通過螺紋副裝配在內螺紋桿的內部,絲杠末端設計有底端球鉸鏈,用于連接副吊索四;

    所述被動恒力系統二采用了與被動恒力系統一相同結構,通過連接螺桿頂部的球副與零剛度平行四邊形支架的底端球鉸鏈配合,裝配在絲杠末端,主要作用是為副吊索一16提供恒定拉力;

    所述人機連接系統由軀干連接機構、萬向人機連接器組成,所述軀干連接機構由平衡梁,副吊索二,固定圈組成,兩兩之間均采用球鉸連接,使軀干可進行空間三自由度轉動;所述萬向人機連接器由u形吊架、殼體、外軸承、液環組成;所述u形吊架主體為形,頂端與吊索連接,末端設計有鉸鏈,用于與外軸承兩側的鉸鏈配合;所述殼體主體結構為空心圓柱體,用于為液環提供外部約束;所述外軸承安裝在殼體外側,外環上設計有鉸鏈,與u形吊架鉸接共同構成二自由度萬向旋轉機構;所述液環主體為空心環形結構,內部填充液體,安裝在殼體內部。


    技術總結
    本發明公開了一種主被動混合驅動自適應重力卸載宇航員地面訓練系統,針對人體連續質量特征進行模塊化分級,采用被動混合的樹形分叉驅動機構,結合多點分布式重力卸載的策略,有效降低宇航員訓練時的附加關節力,及觸發肌肉力量,提高了宇航員微低重力模擬訓練的真實度和沉浸感。采用桁車二自由度運動平臺實現人體整體的大范圍空間二自由度平動;結合自適應重力卸載系統實現人體整體的豎直方向大范圍運動,以及人體軀干、四肢、頭部的小范圍六自由度運動。針對人體漂浮基狀態整體大范圍運動與局部小范圍運動進行解耦設計,滿足了宇航員多姿態、多運動模式的訓練需求。

    技術研發人員:何柏巖;焦彪彪
    受保護的技術使用者:天津大學
    技術研發日:2021.06.03
    技術公布日:2021.07.30
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