一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法及装置

本发明属于微重力补偿，具体为一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法及装置。

背景技术：

1、随着深空探测任务的发展，着陆器及相关空间机构在发射前通常需要开展地面试验，以验证其在目标重力环境下的工作性能。由于目标行星重力环境与地球重力环境存在差异，需采用重力补偿技术对试验对象进行低重力环境模拟。悬吊式重力补偿结构形式相对简洁，在地面低重力模拟领域具有一定应用基础。现有悬吊式重力补偿系统的质心跟随方式主要分为主动式和被动式两类。主动式跟随系统依赖多电机联动及控制系统，通过实时检测质心位置驱动吊点运动，存在结构较复杂、成本较高及响应存在滞后等问题；被动式跟随系统多采用固定吊点或简单滑动结构，在跟随精度、卸载效率及摩擦阻力控制方面仍存在不足。因此，有必要提出一种无需额外驱动、能够通过机械结构实现吊点对被补偿件质心被动跟随的重力补偿方法，以改善多工况条件下的动态重力补偿效果。

2、如申请公开号为cn112441263a的发明专利申请公开了“被动式微重力模拟器”，该系统包括圆柱底座、套筒、平行四边形连杆、横轴、弹簧、滑轮、钢丝和可穿戴设备：但存在以下问题：（1）适配性低，根据人体载荷设计，针对大质量工业产品，强度存在明显不足；（2）补偿精度不足，无实时力反馈校准机制，受弹簧弹性形变、机构摩擦阻力影响大，质心跟踪误差大。

3、如申请公开号为cn107284700a的发明专利申请公开了“一种空间机构地面重力补偿方法”，该系统包括产品配重、装置配重、回转支架、中心回转轴、深沟球与推力球组合轴承、随动摆杆、产品吊杆、空间机构产品、经纬仪：但存在以下问题：（1）运动适配性差，无三维跟随能力；（2）结构复杂度高，机构调试难度大。

技术实现思路

1、本发明提供一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法及装置，用于实现吊点对被补偿件质心运动的无动力被动跟随，并对被补偿件施加补偿力，以完成悬吊式重力补偿。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法；转动单元包括围绕中心回转轴回转的回转支架；

3、滑动单元包括沿滑动导轨滑动的滑车组件，所述滑动导轨通过调平组件连接在回转支架上；

4、所述吊绳单元包括吊绳、连接在滑车组件长度两端上的两个导轮，吊绳一端竖向连接配重平衡单元，吊绳通过两导轮转向后另一端悬挂被补偿件；

5、使用时，s1、通过调平组件对滑动导轨调平使滑动导轨满足预定安装姿态；

6、s2、根据被补偿件的质量及目标重力补偿需求配置配重平衡单元的重量；

7、s3、在被补偿件运动过程中，吊绳的拉力作用于转动单元和滑动单元，驱动转动单元和滑车组件分别产生转动和滑动，对被补偿件质心进行被动动态跟随。

8、一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随装置，包括转动单元、滑动单元、调平组件、配重平衡单元、龙门框架、吊绳单元；

9、所述龙门框架用于支承中心回转轴，并为转动单元提供安装基础。

10、所述转动单元包括围绕中心回转轴回转的回转支架；

11、滑动单元包括沿滑动导轨滑动的滑车组件，所述滑动导轨通过调平组件连接在回转支架上；

12、所述吊绳单元包括吊绳、连接在滑车组件长度两端上的两个导轮，吊绳一端竖向连接配重平衡单元，吊绳通过两导轮转向后另一端悬挂被补偿件；

13、所述配重平衡单元用于通过调整砝码重量改变补偿力大小。

14、本发明的有益效果为：

15、1）跟随效果好：通过重力补偿系统的转动与滑动耦合低摩擦运动，实现对被补偿件质心的精准动态跟随；

16、2）结构简洁可靠：依赖机械结构的被动响应实现跟随，降低系统复杂度与故障风险；

17、3）适配性强：通过配重补偿与悬吊跟随的配合，可改善多工况条件下的重力补偿效果。

1.一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，所述吊绳（8）于被补偿件的吊点上方设置拉力传感器（9），通过所述拉力传感器（9）监测补偿力大小；根据监测结果调节配重平衡单元（5）上的砝码重量，以实现补偿力校准。

3.根据权利要求1所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，所述转动单元还包括角接触球轴承组件（3），所述回转支架（2）包括固定的圆筒部和三角支架部，滑动导轨（6）连接在三角支架部的底端；圆筒部套在中心回转轴（1）外；

4.根据权利要求1所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，所述调平组件（4）包括至少两组沿滑动导轨（6）长度方向间隔设置的调平件，每组调平件包括竖向的调节螺杆、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母以及导轨连接座（12）；所述调节螺杆的一端与回转支架（2）固定连接，所述导轨连接座（12）固定穿过滑动导轨（6）并活动套设于调节螺杆外，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母分别设置于导轨连接座（12）的上下两侧，且均与调节螺杆螺纹连接；

5.根据权利要求1所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，所述滑车组件（7）包括滑块、若干个包络滑动导轨（6）的外表面的滚轮，滚轮连接在滑块的内壁上使所述滑块与滑动导轨（6）滚动接触。

6.根据权利要求5所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，4个滚轮设置于滑块内侧上方，并沿滑动导轨（6）宽度两侧对称分布，每侧设置2个滚轮，所述滚轮与滑动导轨（6）外表面滚动接触。

7.根据权利要求1所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随方法，其特征在于，所述配重平衡单元（5）还包括砝码组件，所述砝码组件包括基础砝码和微调砝码，通过基础砝码和微调砝码组合配置补偿质量，以满足不同被补偿件的重力补偿需求。

8.一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随装置，其特征在于，包括转动单元、滑动单元、调平组件（4）、配重平衡单元（5）、龙门框架（11）、吊绳单元；

9.根据权利要求8所述的一种用于悬吊式重力补偿的被动质心跟随装置，其特征在于，所述调平组件（4）包括至少两组沿滑动导轨（6）长度方向间隔设置的调平件，每组调平件包括竖向的调节螺杆、第一锁紧螺母、第二锁紧螺母以及导轨连接座（12）；所述调节螺杆的一端与回转支架（2）固定连接，所述导轨连接座（12）固定穿过滑动导轨（6）并套设于调节螺杆外，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母分别设置于导轨连接座（12）的上下两侧且均与调节螺杆螺纹连接；调平完成后，第一锁紧螺母和第二锁紧螺母从上下两侧夹紧导轨连接座（12），以锁定滑动导轨（6）相对于回转支架（2）的安装位置。