具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请的保护范围。

装置中系绳的输出高度与子星模拟器系绳的高度相一致，以保证系绳受力水平。输出高度为系绳输出导轮36处输出的系绳高度。

所述系绳卷绕机构9被设计为以卷筒为主体的装置，所述系绳卷绕机构9使用转速为600r/min的卷绕电机进行驱动，该卷绕电机位于系绳卷绕机构的末端，与固定在底部基板上的电机座21相连接，通过电机绕绳联轴器20与卷筒轴18相连接；通过张力检测机构的张力反馈进行卷绕电机的正反转以及转动速度控制，以实现对系绳张力的控制。

所述排线机构主体为丝杠结构，丝杠结构的滑块上布置有第一滑块导轮14和第二滑块导轮15，第一滑块导轮14和第二滑块导轮15呈上下布置，且上下两个导轮的连线与卷筒轴母线呈垂直状布置，用于系绳的排布和导向，配合系绳卷绕机构运动，系绳绕过两个滑块导轮在丝杠及滑块移动下均匀紧凑的排布在卷筒上，使得系绳能够均匀的排布在卷筒上。

所述张力检测机构为三滑轮张力传感器，第一张紧导轮26和第三张紧导轮29用于导向，使得第二张紧导轮28所受力的方向为合力方向。为了使得系绳最终的输出方向指向装置上方水平方向，张力检测机构侧边竖直布置有第一布线导轮22、第二布线导轮23及绳长检测导轮24，绳长检测导轮24连接有旋转编码器，该编码器旋转的圈数乘以绳长检测导轮的周长为系绳的释放及回收的长度，即为所述的系绳长度检测机构。

所述角度传感器通过同步带与转速10r/min的扭矩较大的电机相连接，角度传感器和电机主轴上分别装有同步带轮。两个同步带轮保持同一高度，便于角度的同步传递，电机的转动通过角度传感器的反馈进行控制。

本申请装置的底板、侧板及各用于固定的各种机架结构均采用6061铝合金材料制成。

本发明用于绳系卫星地面释放回收的试验装置的工作原理和工作流程是：

本发明通过张力传感器测得系绳中的张力，将其反馈给卷绕电机16。当系绳中的张力过大时，即系绳释放过程中子星模拟器速度过快，卷绕电机16将加快系绳的释放，从而逐步减小系绳的张力。当系绳中的张力过小时，传感器测得的张力也将反馈给卷绕电机16，使卷绕电机转速变慢甚至反转，减慢放绳的动作，从而使连接子星模拟器的系绳不断收紧，减小子星模拟器的速度，而此时系绳中的张力会重新增大，从而重复上一个过程。

系绳卷绕机构和排线机构在空间呈上下并排平行布置，方便系绳卷筒和排线机构的交互传输，系绳绕过滑块导轮在丝杠滑块移动下均匀紧凑的排布在卷筒上，即系绳每圈的缠绕长度不会产生太大变化，不会出现卷筒每次旋转导致系绳释放长度不一的情况，当系绳进行释放或回收时，排线机构上的滑块导轮随着系绳进行运动，保持系绳与卷筒轴母线保持垂直，进行系绳的均匀排布。当系绳进行释放时，丝杠机构向左侧运动配合系绳排布，过程中需要调节系绳张力，这时需要收紧系绳，卷绕电机反转，丝杠进行相应调节需按一定速度向右侧运动，以此来实现系绳在卷筒上的均匀排布。

系绳卷绕机构和排线机构的配合过程是：子星模拟器在进行释放回收的时候，需要对在卷筒上卷绕的系绳进行均匀的排布。例如所使用的系绳直径d＝1mm,卷筒直径D＝10mm，其周长L＝31.4mm，当系绳卷筒转动一周时，系绳释放或回收31.4mm，丝杠滑块则带动系绳需移动1m，即系绳转动一周，丝杠滑块则向相应方向移动一个系绳直径的距离。例如选用的丝杆转一圈的行程为S＝4mm，因此当系绳卷筒以速度V卷绕系绳时，为了保持二者的同步状态，丝杠机构的丝杠步进电机始终以速度V/4进行均匀排线配合。同时，系绳释放和回收也决定了丝杠的运动方向：比如当系绳释放时，丝杠与之配合向左移动，即系绳卷绕机构对系绳进行卷绕收紧；当系绳回收时，丝杠与之配合向右移动，即系绳卷绕机构对系绳进行放松，实现子星模拟器的回收。

本发明装置中的张力检测机构及绳长度检测机构如图4所示，张紧的系绳绕过三个张紧导轮，其第二张紧导轮28与张力传感器相连接，可以测得系绳的张力，并用于系统的反馈控制。继而系绳通过与连接旋转编码器的绳长检测导轮24测量系绳的释放长度，其工作原理为：系绳绕过绳长检测导轮24，有张紧力的系绳在释放回收时带动导轮旋转，编码器旋转的圈数乘以绳长检测导轮的周长即为系绳释放回收的长度，并以此来实时控制子星释放和回收的距离。

本发明装置通过输出系绳角度检测及控制机构来实现对系绳释放后的摆动角度进行测量和调节的功能(如图5所示)。通过角度传感器测得的角度反馈给转角驱动电机43，用于转驱动电机对转盘的角度进行调节。

在进行绳系卫星释放回收的地面试验时，一般确定系绳的姿态入角摆角初始范围在±10°以内，当摆角超过±10°这个范围时，认为子星模拟器不稳定，产生波动，角度传感器将摆角值反馈给转角驱动电机，转角驱动电机以0°-60°/S的角速度范围进行反向转动抑制，这个反向抑制角速度取决于姿态入角的角速度，因为姿态入角的摆角较大时，为了保证姿态入角和转角驱动电机转角的摆动周期一致，就需要提高转角驱动电机的角速度；设置转角驱动电机的摆角在±2°以内，控制姿态入角的转角范围维持在±2°以内，视为稳定。直到姿态入角稳定控制在±2°以内之后，可认定该子星释放回收过程稳定，停止调节。±10°是一个调节前临界值，±2°为调节后稳定认定值。

本发明用于绳系卫星地面释放回收的试验装置主要是为了模拟空间航天器间组成柔性连接系统的工作情况，子星模拟器由本身的机械结构、气瓶和气足构成，气瓶给气足充气使得子星模拟器可以在气浮平台上漂浮起来，子星模拟器通过系绳与本申请的装置连接。同时子星上放置有加速度传感器，可以测得子星的加速度，角速度，角度等。本申请在设计时要充分考虑与子星模拟器的配合作用，考虑本申请的结构与子星模拟器的配合，应以尽量小的高度和体积满足子星模拟器的释放回收要求，本申请重点研究如何布置试验装置的机械结构、传感器(张力传感器和角度传感器)，使其能够在合适的体积及高度下实现子星的释放回收，以满足实际的控制和工作需要。

实施例

本实施例提供了一种用于绳系卫星地面释放回收的试验装置，整体结构轴测示意图(参见图1)，包括排线机构2(参见图2)、系绳卷绕机构9(参见图3)、张力检测机构及绳长检测机构4(参见图4)、输出系绳角度检测及控制机构5(参见图5)、外壳体3(参见图6)、底部基板6、侧面盖板1。所述外壳体呈直径变化的半圆柱状，外壳体的底部与底部基板固定在一起，底部基板和外壳体的侧面由侧面盖板封起来；外壳体、底部基板、侧面盖板1形成容纳上述机构的空间，且外壳体内表面设置有加肋板，能够保证外壳体的使用强度，且外壳体内部与上述机构紧密贴合，使装置体积最小化。

所述排线机构包括丝杠步进电机11、丝杠12、滑块13、第一滑块导轮14、第二滑块导轮15和侧板10；上述的丝杠步进电机11、丝杠12、滑块13、第一滑块导轮14、第二滑块导轮15构成丝杠机构；所述侧板10竖直固定在底部基板6上，所述底部基板6与侧板连接呈倒T型结构，二者通过固定角码连接固定，在侧板的一侧竖直面上布置丝杠机构，丝杠机构的轴线与侧板长度方向平行，且丝杠机构距离底部基板6有一定距离，在丝杠机构下方空间的底部基板上固定安装系绳卷绕机构，系绳卷绕机构的轴线也与侧板10的长度方向平行；

丝杠步进电机11的输出轴连接丝杠12，滑块则与丝杠12和光杆配合固定在丝杠上，滑块13在丝杠步进电机的驱动下沿丝杠和光杆移动；在滑块13的竖直面上呈上下布局方式设置有第一滑块导轮14和第二滑块导轮15，第一滑块导轮14和第二滑块导轮15均通过相应螺钉固定在滑块13上，第一滑块导轮14和第二滑块导轮15上均设置有导轮槽，二者在同一竖直直线上，且二者之间具有较大间距，优选间距大小为5-10cm，保持5-10cm的竖直距离安装，保证两个滑块导轮的竖直导向作用，能促进系绳往丝杠机构所在方向走，避免脱槽现象发生。

所述系绳卷绕机构9包括卷绕电机16、轴承座17、卷筒轴18、卷筒挡板19、电机绕绳联轴器20、电机座21；

在排线机构下方的底板上固定有两个轴承座17，卷筒轴18的两端设置卷筒挡板19，两个卷筒挡板19上均开设有螺纹孔，螺纹孔固定螺钉，用于缠绕系绳，该螺纹孔位置可以作为系绳在卷筒上的固定点，系绳引出的活动点连接排线机构上的滑块导轮；卷筒轴固定在两个轴承座之间，两个轴承座17的底部均通过螺钉固定在底部基板上；在两个轴承座的外侧远离排线机构的滑块导轮的一侧底部基板6上固定安装电机座21，卷绕电机16与电机座21配合，卷绕电机的输出轴经电机绕绳联轴器20和卷筒轴18固定连接；卷筒挡板直接与卷筒轴配合，卷筒挡板套在卷筒轴上，卷筒挡板、卷筒轴及缠绕在卷筒轴上的系绳构成卷筒。

所述系绳卷绕机构的系绳引出端刚好与排线机构上安装的两个滑块导轮的导轮槽在同一竖直线上；

所述张力检测机构及绳长检测机构包括绳长检测导轮24、张力传感器固定板25、第一张紧导轮26、张力传感器27、第二张紧导轮28、第三张紧导轮29；绳长检测导轮24与编码器固连；张力传感器为三滑轮张力传感器，三滑轮张力传感器中布置有上中下三个张紧导轮，分别为第一张紧导轮26、第二张紧导轮28、第三张紧导轮29；三滑轮张力传感器27固定在张力传感器固定板25上，使三滑轮张力传感器上的三个张紧轮呈竖直状态布置；所述张力传感器固定板25具有厚度不同的两个竖直部分，较薄的竖直部分固定安装三滑轮张力传感器，较厚的竖直部分固定安装绳长检测导轮24和第一布线导轮22、第二布线导轮23；第一布线导轮22、第二布线导轮23位于绳长检测导轮24的上方，且绳长检测导轮24位于三滑轮张力传感器的第三张紧导轮29的斜上方；最终使所有的导轮的导轮槽均位于同一竖直面内；第一布线导轮位于第二布线导轮23的上方，且第一布线导轮22与第一滑块导轮14的外侧切线与第一张紧导轮26不发生干涉。

所述输出系绳角度检测及控制机构包括系绳导环30、转盘31、推力球轴承座32、电机固定架侧板33、电机转盘联轴器34、推力球轴承35、系绳输出导轮36、电机同步带轮37、角度传感器同步带轮38、同步带39、角度传感器固定座40、角度传感器41、电机固定板42、转角驱动电机43。

两个电机固定架侧板33下端直接与底部基板通过螺钉连接(参见图5)，同时电机固定架侧板33底部侧面通过固定角码8与底部基板6相连。上述的转盘31、系绳导环30和系绳输出导轮36构成导线机构，转盘的下部中心连接转盘轴，转盘轴与转盘31配合，在转盘轴的上表面设置有螺柱，转盘的下表面安装转盘定位螺母，螺柱与转盘定位螺母配合，转盘通过推力球轴承固定安装在推力球轴承座32上，推力球轴承座32的下部固定在电机固定架侧板33的顶部，保证转盘能够在水平面内自由旋转。推力球轴承座32则通过螺钉与两个电机固定架侧板33相连，两个电机固定架侧板33竖直固定在底部基板6上，在两个电机固定架侧板33之间的区域内安装有电机固定板42，转角驱动电机43固定在电机固定板42上，转角驱动电机43用于控制转盘轴的转动，转角驱动电机43与转盘轴之间通过电机转盘联轴器34相连。转盘轴一方面伸出推力球轴承座与转盘24连接，一方面位于推力球轴承座下方的转盘轴上安装有一个电机同步带轮37；

电机固定架侧板33的侧面上安装有角度传感器固定座40，角度传感器41固定在角度传感器固定座40上，与角度传感器同步带轮38相连。电机同步带轮37与角度传感器同步带轮38同高度，且通过同步带39连接，使得角度传感器41测得的角度与转盘31同步。转角驱动电机与角度传感器相连接，通过角度传感器的反馈实现系绳输出方向的控制。

转盘31(参见图12)主体采用圆盘形式，圆盘的外侧设置有矩形延伸部，延伸部用于安装系绳输出导轮36，圆盘上表面中心安装系绳导环30，圆盘下表面中心连接转盘轴且通过推力球轴承安装在推力球轴承座32上，圆弧盘面的设计避免长时间使用时与系绳发生干涉。

图7为底部基板的俯视结构示意图，图中，底部基板为长方体形状，沿长度方向两侧边缘设置第一螺纹孔601，用于与外壳体固定，在一侧边缘内侧设置用用于安装侧板10的第二螺纹孔602，侧板10垂直安装在底部基板上，侧板10的长度方向与底部基板平行，在第二螺纹孔的内侧设置有第三螺纹孔603，用于安装固定码，通过固定码使侧板下部和底部基板牢固固定；在第三螺纹孔的内侧底部基板上沿长度方向布置有三组安装孔604，分别用于安装轴承座和电机安装座。

图11为推力球轴承座的结构示意图，图中，四角设置有螺钉孔，用于与两个电机固定架侧板上方的开孔安装固定在一起，在中心设置有用于安装推力球轴承的区域，且中心设置通孔，可使转盘轴通过。

由卷筒输出的系绳经排线机构上安装的滑块导轮的导轮槽连接张力检测机构上的张紧导轮，卷筒轴上的系绳引出端刚好与排线机构上安装的滑轮的滑轮槽在同一竖直线上，保证了系绳的受力方向沿竖直方向，便于实现对系绳的收放以及排布，可以容纳大量的系绳；系绳先经第一布线导轮22进入张力检测机构，在张力检测机构中由第一张紧导轮26输入，绕过第二张紧导轮28(为与张力传感器连接导轮)，从第三张紧导轮29输出；从第三张紧导轮29输出的系绳，需要绕过绳长检测导轮24，绳长检测导轮24与编码器固连，旋转次数乘以绳长检测导轮24周长即系绳释放或回收的长度。再绕过绳长检测导轮24上方的第二布线导轮23，经系绳导环30和系绳输出导轮36而输出。

本发明空间布置刚好可以将排线机构输出的系绳收于同一竖直面内，有利于保证整体机构的稳定和结构的紧凑；输出系绳角度检测及控制机构紧靠张力检测机构及绳长检测机构，其包括一根连接有大扭矩的转角驱动电机43的主轴，与主轴通过同步带39传动相连接的基于旋转编码器的角度传感器41，和用于引导输出系绳的转盘。

因本申请结构主要应用于地面试验，且外壳体主要的作用即为防护作用，外壳体结构不受力，不要太过坚硬，则根据整体尺寸设计，采用光敏树脂3D打印而成，不仅美观且降低了成本及质量。

张力检测机构能够很好地根据系绳内张力的变化来控制卷绕电机16的动作，从而使系绳内的张力处于一定的范围之内，也就模拟了子星模拟器释放的平稳过程。

本发明将姿态入角检测和控制集成在一起，使得姿态入角可测可控，能实时检测子星模拟器的摆动情况，引入控制机构能抑制摆动情况，减少抖动，提高试验装置的稳定性。因本申请结构主要应用于地面试验，子星模拟器放在气浮轴承上，反推卫星模拟器释放，不需要设置弹射机构，降低了成本及质量，缩小了排布空间，使得整体装置更加紧凑。

上述结构或零部件的安装位置或方向时所使用的“上”、“下”、“左”、“右”等是以所给附图的方位为依据，定义排线机构和系绳卷绕机构所在的位置为右，输出系绳角度检测及控制机构所在的位置为左。它们仅仅是为了表述方便，用来区分各部件或方向的相对位置，并不代表本实施例库位使用时的方位。

本发明未述及之处适用于现有技术。