一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统技术方案

本申请公开了一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统。包括：真空系统，其具有真空容器，用于提供真空试验环境；工装系统，其与所述真空系统相邻设置，用于改变所述真空系统中的试验件的综合应力；本申请设计真空系统，其具有真空容器，提供真空试验环境，并设计与真空系统相邻设置的工装系统，其位于真空系统外部，以便调试、安装工装系统，避免破坏真空容器内真空环境，保证各性能验证准确性；进一步地，通过将工装系统的传动机构与真空容器对接，负载机构与传动机构连接，利用负载机构形成扭矩，利用传动机构传动至试验件，真空容器与传动机构的内外传动，以控制试验件的力矩载荷，实现提供力矩+惯量综合应力试验环境的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统


[0001]本公开一般涉及航天器环境试验领域，具体涉及一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统。

技术介绍

[0002]我国未来的空间站为多模块化组合空间站，具有不同用途及功能设备的舱体通过节点舱来实现与核心舱的对接。宇航机械臂作为舱段对接操作中重要的空间机构之一，在空间站舱体转位过程中机械臂将起到关键作用，同时可提供在轨维修与回收等服务。关节是宇航机械臂的核心产品，是机械臂灵活运动，实现各项运动功能的基础，是保证机械臂运动精度、连接刚度、输出力矩等的关键。
[0003]宇航机械臂为舱外设备，其关节的工作环境处于真空环境，并且随着空间站不断交替经历日照区与地影区，产品外热流的大小出现周期性变化。由于真空环境的特殊性，关节的换热条件对比常压环境下会出现较大的差异。在常压环境下进行产品各项功能和性能指标的寿命验证会由热形变情况的差异而导致试验结果出现偏差，也不能满足宇航机械臂关节热设计准确的验证。
[0004]目前，传统的综合试验系统所使用的器件均囊括在其真空容器内部，需要足够大的真空容器才能满足试验和安装需求，并且，在试验过程中需要调试真空容器内部的器件，以使器件可针对宇航机械关节各种性能，进行精确验证，但是频繁打开真空容器，一方面易使真空环境被破坏，导致相应的性能验证结果出现偏差，另一方面由于真空容器较大，调试后需要长时间的等待才可使容器满足所需的真空环境。因此，现有的综合试验系统亟待改进。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种便于安装、调试，提高各性能验证的准确性，结构简单且易于实现的用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统。
[0006]第一方面，本申请提供一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，包括：
[0007]真空系统，其具有真空容器，用于提供真空试验环境；
[0008]工装系统，其与所述真空系统相邻设置，用于改变所述真空系统中的试验件的综合应力；所述工装系统包括：支撑机构、设置在所述支撑机构上的传动机构和负载机构；
[0009]所述传动机构包括：设置在所述支撑机构上的磁流体密封传动装置和设置在所述真空容器上的磁流体密封传动装置对接装置；所述磁流体密封传动装置与所述磁流体密封传动装置对接装置连接，且所述磁流体密封传动装置的穿舱轴通过联轴器与所述试验件的输出轴连接；
[0010]所述负载机构包括：与所述磁流体密封传动装置连接的力矩加载件、与所述力矩加载件连接的反向驱动件和与所述反向驱动件连接的惯量盘组件；
[0011]通过所述力矩加载件、所述反向驱动件以及所述惯量盘组件配合，控制所述试验件的力矩载荷。
[0012]根据本申请实施例提供的技术方案，所述力矩加载件包括：设置在所述支撑机构上的力矩加载装置和设置在所述力矩加载装置上的力矩负载轴。
[0013]根据本申请实施例提供的技术方案，所述反向驱动件包括：设置在所述支撑机构上的反向驱动负载轴和设置在所述反向驱动负载轴上的转盘；所述反向驱动负载轴通过所述联轴器与所述力矩负载轴连接；所述转盘上缠绕有牵引钢丝，所述牵引钢丝的自由端设有吊篮，且其内安装有配重。
[0014]根据本申请实施例提供的技术方案，所述惯量盘组件包括：设置在所述支撑机构上的减速器和设置在所述减速器输入轴上的惯量盘组；所述减速器的输出轴通过所述联轴器与所述力矩负载轴的端部连接。
[0015]根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：控制系统；
[0016]所述控制系统包括：
[0017]扭矩传感器，其设置在所述磁流体密封传动装置与所述反向驱动负载轴之间，用于检测所述磁流体密封传动装置传动轴的实时扭矩；
[0018]上位机，其设置在所述工装系统远离所述真空容器的一侧，用于接收所述扭矩传感器发出的实时力矩信号，并将实时力矩信号转换为实时力矩值；
[0019]控制器，用于根据实时力矩值，调节相应的所述力矩加载件的力矩载荷、所述反向驱动件的反向驱动载荷以及所述惯量盘组的惯量载荷。
[0020]根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：与所述真空容器连接的抽真空组件；
[0021]所述抽真空组件包括：
[0022]低真空泵，其进气口通过粗抽管路与所述真空容器连通，用于将所述真空容器的空气抽出；
[0023]粗抽阀门，安装在所述粗抽管路上，用于控制所述低真空泵的工作状态。
[0024]根据本申请实施例提供的技术方案，所述真空容器内设有低温机构；
[0025]所述低温机构包括：独立设置的液氮储槽、设置在所述真空容器内壁的热沉和设置在所述真空容器上的高阀；
[0026]所述液氮储槽位于所述真空容器远离所述工装系统的一侧，且其底部通过液氮进液管路与所述热沉连通；所述液氮进液管路上安装有液氮进液阀；所述液氮储槽底部还设有液氮气化器，且其与所述液氮储槽的连接管路上安装有液氮增压阀；所述液氮气化器通过液氮增压管路与所述液氮储槽顶部连接；
[0027]所述热沉的出液口连接有液氮放空管路，且其延伸至所述真空容器外部；所述高阀连接有高真空泵。
[0028]根据本申请实施例提供的技术方案，还包括：温控机构；
[0029]所述温控机构包括：与所述真空容器相邻设置的控温仪和设置在所述真空容器上的法兰；所述控温仪连接有电源；所述法兰处设有穿舱插头组，且其通过传输线缆分别与所述控温仪、所述电源连接。
[0030]根据本申请实施例提供的技术方案，所述真空容器内设有与所述磁流体密封传动装置的穿舱轴垂直设置的导轨；所述导轨上设有用于放置所述试验件的试验件工装；
[0031]所述试验工装件上设有加热器件，且其通过供电线缆与所述电源连接；所述试验件上设有测温传感器，且其与所述传输线缆连接。
[0032]根据本申请实施例提供的技术方案，所述支撑机构包括：配合使用的前地台和后地台；所述前地台相对所述后地台靠近所述真空容器，且所述前地台与所述后地台之间具有空隙，用于容纳所述配重自由移动；
[0033]所述前地台上依次设有磁流体密封传动装置支撑架、扭矩传感器支撑架和反向驱动系统前端支撑架，且所述磁流体密封传动装置支撑架相对靠近所述真空容器；
[0034]所述后地台上依次设有反向驱动系统末端支撑架、力矩加载装置支撑架和惯量加载系统支撑架，且所述反向驱动系统末端支撑架相对靠近所述反向驱动系统前端支撑架。
[0035]综上所述，本技术方案具体地公开了一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统的具体结构。本申请具体地设计真空系统，其具有真空容器，提供真空试验环境，并设计与真空系统相邻设置的工装系统，其位于真空系统外部，以便于调试、安装工装系统，避免破坏真空容器内的真空环境，另外，真空容器内的设备部件相对减少，可有效降低真空容器内设备的总热容和对试验件的遮挡，以提高控温效率与精度，保证各性能验证的准确性；进一步地，通过在工装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，包括：真空系统，其具有真空容器（9），用于提供真空试验环境；工装系统，其与所述真空系统相邻设置，用于改变所述真空系统中的试验件（25）的综合应力；所述工装系统包括：支撑机构、设置在所述支撑机构上的传动机构和负载机构；所述传动机构包括：设置在所述支撑机构上的磁流体密封传动装置（32）和设置在所述真空容器（9）上的磁流体密封传动装置对接装置（31）；所述磁流体密封传动装置（32）与所述磁流体密封传动装置对接装置（31）连接，且所述磁流体密封传动装置（32）的穿舱轴通过联轴器（30）与所述试验件（25）的输出轴连接；所述负载机构包括：与所述磁流体密封传动装置（32）连接的力矩加载件、与所述力矩加载件连接的反向驱动件和与所述反向驱动件连接的惯量盘组件；通过所述力矩加载件、所述反向驱动件以及所述惯量盘组件配合，控制所述试验件（25）的力矩载荷。2.根据权利要求1所述的一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，所述力矩加载件包括：设置在所述支撑机构上的力矩加载装置（41）和设置在所述力矩加载装置（41）上的力矩负载轴（42）。3.根据权利要求2所述的一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，所述反向驱动件包括：设置在所述支撑机构上的反向驱动负载轴（38）和设置在所述反向驱动负载轴（38）上的转盘（39）；所述反向驱动负载轴（38）通过所述联轴器（30）与所述力矩负载轴（42）连接；所述转盘（39）上缠绕有牵引钢丝，所述牵引钢丝的自由端设有吊篮，且其内安装有配重（40）。4.根据权利要求3所述的一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，所述惯量盘组件包括：设置在所述支撑机构上的减速器（44）和设置在所述减速器（44）输入轴上的惯量盘组（46）；所述减速器的输出轴通过所述联轴器（30）与所述力矩负载轴（42）的端部连接。5.根据权利要求4所述的一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，还包括：控制系统；所述控制系统包括：扭矩传感器（34），其设置在所述磁流体密封传动装置（32）与所述反向驱动负载轴（38）之间，用于检测所述磁流体密封传动装置（32）传动轴的实时扭矩；上位机（12），其设置在所述工装系统远离所述真空容器（9）的一侧，用于接收所述扭矩传感器（34）发出的实时力矩信号，并将实时力矩信号转换为实时力矩值；控制器（6），用于根据实时力矩值，调节相应的所述力矩加载件的力矩载荷、所述反向驱动件的反向驱动载荷以及所述惯量盘组的惯量载荷。6.根据权利要求1所述的一种用于宇航机械臂关节寿命验证的地面综合试验系统，其特征在于，还包括：与所述真空容器（9）连接的抽真空组件；所述抽真空组件包括：低真空泵（18），其进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，马龙，周原，闫琦，刘守文，苏新明，吴儒亮，陈安然，靳海洋，丁磊，白长行，居楠，刘铮，张洋，马楷镔，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：