多自由度测试装置的制作方法

1.本发明涉及机械控制技术领域，尤其涉及一种多自由度测试装置。


背景技术：

2.飞机油箱的设计在飞行过程中的作用不言而喻，是非常重要的，但是目前，现有技术缺乏为飞机油箱设计以及改良提供数据的简易可行的操作结构。
3.由于在飞行的过程中，飞机的状态通常是多样化的，如颠簸、如左右晃动，拐弯等多种飞行状态，但是由于飞机运行的特殊性，通常不会产生飞机旋转模式，但是在战斗机中却会应用该飞行状态，使得对于战斗机的油箱设计之前需要进行的测试则包括转动飞行模式。
4.但是现有的模拟飞行状态的平台有很多种不同的飞行模式，也不乏转动条件下的模拟测试台，但是在急速前进状态下的旋转飞行则较少见，使得飞行状态模拟模式单一，使得对于飞机油箱的设计始终存在实际飞行中不可预料的状态，影响飞机油箱设计的进步。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种多自由度测试装置，可以解决增加飞行状态模拟模式单一的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种多自由度测试装置，包括：由两自由度并联测试试验台和多轮定心滚转试验台组成；
7.所述两自由度并联测试试验台用以模拟在水平轴线方向上的转动；
8.所述多轮定心滚转试验台设置在所述两自由度并联测试试验台上，与两自由度并联测试试验台固定连接，所述多轮定心滚转试验台用以模拟沿着水平轴线方向上的旋转；
9.所述多轮定心滚转试验台由驱动环和滚动体组成，所述驱动环包括上环和下环，所述下环固定设置在所述两自由度并联测试试验台上，所述上环与所述下环通过转轴连接在一起，所述驱动环用以夹持滚动体，所述滚动体用以模拟飞机油箱；
10.在所述上环上设置有第一驱动件，所述第一驱动件包括滚轮和扳手组件，所述上环的内缘上设置有若干上滚轮，所述上滚轮用以与所述滚动体滚动接触；所述滚轮还连接有扳手组件，所述扳手组件用以驱动所述上滚轮转动，以带动滚动体；
11.所述下环上设置有第二驱动件，所述第二驱动件包括动力组件和传动组件，所述动力组件用以提供动力输出，所述传动组件与所述动力组件连接，用以对动力输出进行传送，所述传动组件与滚动体滚动接触，用以实现所述滚动体的转动。
12.进一步地，所述动力组件为电机减速机组件，所述传动组件包括主动挂胶轮、主传动轴、主动链轮、主动链条、第一双排链轮、传动链条、涨紧链轮、第二双排链轮、从动链条、从动链轮、从动轴、从动挂胶轮，所述下环的内缘设置有主动挂胶轮和从动挂胶轮，所述电机减速机组件驱动所述主动挂胶轮转动，以带动所述从动挂胶轮，所述主动挂胶轮和所述从动挂胶轮均与所述滚动体滚动接触；
13.还包括垫板，所述垫板设置在所述下环远离所述电机减速机组件的一侧，用以在上环在打开的状态下，缓解所述上环与所述下环接触压力，防止上环和下环之间的硬接触。
14.进一步地，在所述滚动体上设置有速度传感器，用以对所述滚动体的实时速度进行检测，控制单元与所述电机减速机组件连接，所述速度传感器将实时速度传输至控制单元，所述控制单元根据实时速度对电机减速机组件的速度指令进行调整，以在主动挂胶轮和从动挂胶轮的摩擦系数下降时，维持滚动体的转动速度。
15.进一步地，根据滚动体上的速度传感器检测到的实时速度与速度输出指令的匹配性，对夹持度进行修正，若是与实际电机减速机组件输出的速度指令不符，则需要对动力传输过程中出现的问题进行修正，若滚动体的实时速度为vi，设定电机减速机组件的速度指令为v0,传动比为k，比较vi与k
×
v0的大小，若vi＝k
×
v0，则表示动力在传递过程中正常，若vi《k
×
v0，则表示动力在传递过程中有损失，主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数大，则降低夹持滚动体的夹持力度若vi》k
×
v0，则表示动力在传递过程中有增加，主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数小，则提高夹持滚动体的夹持力度。
16.进一步地，当确定需要提高或降低夹持滚动体的夹持力度时，中控单元内设置有第一夹持力度f1、第二夹持力度f2和第三夹持力度f3，且f1《f2《f3；
17.在确定需要降低夹持力度时，判定当前时刻的夹持力度，若当前的夹持力度f》第三夹持力度f3，则将当前的夹持力度降低至第三夹持力度f3，若第三夹持力度f3≥当前的夹持力度f》第二夹持力度f2，则将当前的夹持力度降低至第二夹持力度f2，若第二夹持力度f2≥当前的夹持力度f》第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度降低至第一夹持力度f1，若当前的夹持力度f≤第一夹持力度f1，则不再进行降低夹持力度；
18.在确定需要提高夹持力度时，判定当前时刻的夹持力度，若当前的夹持力度f》第三夹持力度f3，则不再进行提高夹持力度，若第三夹持力度f3≥当前的夹持力度f》第二夹持力度f2，则将当前的夹持力度提高至第三夹持力度f3，若第二夹持力度f2≥当前的夹持力度f》第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度提高至第二夹持力度f2，若当前的夹持力度f≤第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度提高至第一夹持力度f1。
19.进一步地，所述两自由度并联测试试验台包括：上平台，所述上平台下端通过上胡克铰组件联接第一支链，通过固定支座组件联接第二支链，通过铰链支座组件联接第三支链，所述第一支链的下端固定联接电动缸预埋板，所述第二支链的下端固定联接固定支撑预埋板，所述第三支链的下端固定联接铰链预埋板，所述第一支链带动上平台绕固定支座组件转动，并且同时带动铰链支座组件进行上下运动，所述第二支链与第三支链联合作用限制上平台的垂直、水平移动以及绕垂直轴线转动的三个自由度。
20.进一步地，所述上胡克铰组件包括两组上胡克铰，所述两组上胡克铰的连接件与电动缸组件的活塞杆通过螺纹连接到一起，电动缸组件的尾部与两组下胡克铰连接紧固，两组下胡克铰通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与两个电动缸预埋板紧固到一起。
21.进一步地，所述固定支座组件通过螺钉与固定支撑上端面连接到一起，固定支撑下端面通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与所述固定支撑预埋板连接紧固。
22.进一步地，所述铰链支座组件通过连接螺栓与一组铰链组件连接到一起，所述铰链组件通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与所述铰链预埋板紧固到一起。
23.进一步地，所述电动缸预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定；
24.所述固定支撑预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定；
25.所述铰链预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过增加多轮定心滚转试验台，所述两自由度并联测试试验台用以模拟在水平轴线方向上的转动，所述多轮定心滚转试验台用以模拟沿着水平轴线方向上的旋转，从而实现在水平轴线方向上的转动的基础上增加沿着水平轴线方向上的滚动，另外驱动环夹持滚动体，扳手组件驱动上滚轮转动，以带动滚动体，利用滚动体来模拟运动状态下的飞机油箱，使得模拟状态更加真实，便于获取数据，提高获取模拟飞行状态下的油箱状态，为油箱设计提供宝贵的参考数据。
27.尤其，通过设置垫板，有效防止上环和下环之间的硬接触，实现对上环和下环的有效保护，防止在打开的过程中对上环或下环造成物理损伤，延长多轮定心滚转试验台的使用寿命。
28.尤其，通过对滚动体的实时速度进行检测，在主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数正常时，电机减速机组件输出的速度指令通过传送带将动力输出至主动挂胶轮，进而提高电机减速机组件的输出动力在传动过程中的损失，使得输出动力按照传动比对滚动体施加动力作用，以使滚动体的转动速度符合模拟实验需要。
29.尤其，在进行状态模拟时，根据动力传递过程中的出现的动力损失或动力增加，调整对于滚动体的夹持力度，实现动力的在传递过程中尽量减少能量损失，实现动力的有效传递，提高滚动体在模拟时的精准性，使得提供的模拟参数的参考价值更高，提高多自由度测试装置的应用前景。
30.尤其，通过对夹持力度进行阶梯式增加或减少，使得对于摩擦系数的提高更为精确，使得滚动体的动力接收过程更为精准，实现对滚动体转速的有效控制，实现对飞行状态的有效模拟，提高多自由度测试装置的精确性。
附图说明
31.图1为本发明实施例提供的多自由度测试装置的结构示意图；
32.图2为本发明实施例中的两自由度并联测试试验台的结构示意图；
33.图3为本发明实施例中的多轮定心滚转试验台的俯视结构示意图；
34.图4为本发明实施例中的多轮定心滚转试验台的侧视结构示意图。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
36.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
37.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.请参阅图1所示，本发明实施例提供的多自由度测试装置由1台两自由度并联测试试验台1和1台多轮定心滚转试验台2组成；
40.所述两自由度并联测试试验台用以模拟在水平轴线方向上的转动；
41.所述多轮定心滚转试验台设置在所述两自由度并联测试试验台上，与两自由度并联测试试验台固定连接，所述多轮定心滚转试验台用以模拟沿着水平轴线方向上的旋转；
42.所述多轮定心滚转试验台由2台驱动环和1台滚动体组成，所述驱动环包括上环和下环，所述下环固定设置在所述两自由度并联测试试验台上，所述上环与所述下环通过转轴连接在一起，所述驱动环用以夹持滚动体；
43.在所述上环上设置有第一驱动件，所述第一驱动件包括滚轮和扳手组件，所述上环的内缘上设置有若干上滚轮，所述上滚轮用以与所述滚动体滚动接触；所述滚轮还连接有扳手组件，所述扳手组件用以驱动所述上滚轮转动，以带动滚动体；
44.所述下环上设置有第二驱动件，所述第二驱动件包括电机减速机组件、主动挂胶轮、主传动轴、主动链轮、主动链条、第一双排链轮、传动链条、涨紧链轮、第二双排链轮、从动链条、从动链轮、从动轴、从动挂胶轮，所述下环的内缘设置有主动挂胶轮和从动挂胶轮，所述电机减速机组件驱动所述主动挂胶轮转动，以带动所述从动挂胶轮，所述主动挂胶轮和所述从动挂胶轮均与所述滚动体滚动接触。
45.具体而言，本发明实施例通过增加多轮定心滚转试验台，实现在水平轴线方向上的转动的基础上增加沿着水平轴线方向上的滚动，利用滚动体来模拟运动状态下的飞机油箱，使得模拟状态更加真实，便于获取数据，提高获取模拟飞行状态下的油箱状态，为油箱设计提供宝贵参考。
46.具体而言，还包括垫板，所述垫板设置在所述下环远离所述电机减速机组件的一侧，用以在上环在打开的状态下，缓解所述上环与所述下环接触压力，防止上环和下环之间的硬接触。
47.具体而言，本发明实施例通过设置垫板，有效防止上环和下环之间的硬接触，实现对上环和下环的有效保护，防止在打开的过程中对上环或下环造成物理损伤，延长多轮定心滚转试验台的使用寿命。
48.具体而言，在所述滚动体上设置有速度传感器，用以对所述滚动体的实时速度进行检测，控制单元与所述电机减速机组件连接，所述速度传感器将实时速度传输至控制单元，所述控制单元根据实时速度对电机减速机组件的速度指令进行调整，以在主动挂胶轮和从动挂胶轮的摩擦系数下降时，维持滚动体的转动速度。
49.具体而言，本发明实施例通过对滚动体的实时速度进行检测，在主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数正常时，电机减速机组件输出的速度指令通过传送带将动力输出至主动挂胶轮，进而提高电机减速机组件的输出动力在传动过程中的损失，使得输出动力按照传动比对滚动体施加动力作用，以使滚动体的转动速度符合模拟实验需要。
50.具体而言，在实际使用过程中，若是根据滚动体上的速度传感器检测到的实时速
度，若是与实际电机减速机组件输出的速度指令不符，则需要对动力传输过程中出现的问题进行修正，若滚动体的实时速度为vi，设定电机减速机组件的速度指令为v0,传动比为k，比较vi与k
×
v0的大小，若vi＝k
×
v0，则表示动力在传递过程中正常，若vi《k
×
v0，则表示动力在传递过程中有损失，主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数大，则降低夹持滚动体的夹持力度若vi》k
×
v0，则表示动力在传递过程中有增加，主动挂胶轮和从动挂胶轮与滚动体之间摩擦系数小，则提高夹持滚动体的夹持力度。
51.具体而言，在实际使用过程中，在进行状态模拟时，根据动力传递过程中的出现的动力损失或动力增加，调整对于滚动体的夹持力度，实现动力的在传递过程中尽量减少能量损失，实现动力的有效传递，提高滚动体在模拟时的精准性，使得提供的模拟参数的参考价值更高，提高多自由度测试装置的应用前景。
52.具体而言，当确定需要提高或降低夹持滚动体的夹持力度时，中控单元内设置有第一夹持力度f1、第二夹持力度f2和第三夹持力度f3，且f1《f2《f3；
53.在确定需要降低夹持力度时，判定当前时刻的夹持力度，若当前的夹持力度f》第三夹持力度f3，则将当前的夹持力度降低至第三夹持力度f3，若第三夹持力度f3≥当前的夹持力度f》第二夹持力度f2，则将当前的夹持力度降低至第二夹持力度f2，若第二夹持力度f2≥当前的夹持力度f》第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度降低至第一夹持力度f1，若当前的夹持力度f≤第一夹持力度f1，则不再进行降低夹持力度；
54.在确定需要提高夹持力度时，判定当前时刻的夹持力度，若当前的夹持力度f》第三夹持力度f3，则不再进行提高夹持力度，若第三夹持力度f3≥当前的夹持力度f》第二夹持力度f2，则将当前的夹持力度提高至第三夹持力度f3，若第二夹持力度f2≥当前的夹持力度f》第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度提高至第二夹持力度f2，若当前的夹持力度f≤第一夹持力度f1，则将当前的夹持力度提高至第一夹持力度f1。
55.具体而言，本发明实施例通过对夹持力度进行阶梯式增加或减少，使得对于摩擦系数的提高更为精确，使得滚动体的动力接收过程更为精准，实现对滚动体转速的有效控制，实现对飞行状态的有效模拟，提高多自由度测试装置的精确性。
56.具体而言，所述两自由度并联测试试验台包括：上平台，所述上平台下端通过上胡克铰组件联接第一支链，通过固定支座组件联接第二支链，通过铰链支座组件联接第三支链，所述第一支链的下端固定联接电动缸预埋板，所述第二支链的下端固定联接固定支撑预埋板，所述第三支链的下端固定联接铰链预埋板，所述第一支链带动上平台绕固定支座组件转动，并且同时带动铰链支座组件进行上下运动，所述第二支链与第三支链联合作用限制上平台的垂直、水平移动以及绕垂直轴线转动的三个自由度。
57.具体而言，所述上胡克铰组件包括两组上胡克铰，所述两组上胡克铰的连接件与电动缸组件的活塞杆通过螺纹连接到一起，电动缸组件的尾部与两组下胡克铰连接紧固，两组下胡克铰通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与两个电动缸预埋板紧固到一起。
58.具体而言，所述固定支座组件通过螺钉与固定支撑上端面连接到一起，固定支撑下端面通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与所述固定支撑预埋板连接紧固。
59.具体而言，所述铰链支座组件通过连接螺栓与一组铰链组件连接到一起，所述铰链组件通过地脚螺母垫片和地脚螺栓与所述铰链预埋板紧固到一起。
60.具体而言，所述电动缸预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定。
61.具体而言，所述固定支撑预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定。
62.具体而言，所述铰链预埋板通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础进行固定。
63.具体而言，如图1-图4所示，本发明实施例由1台两自由度并联测试试验台1和1台多轮定心滚转试验台2组成。其中两自由度并联测试试验台1由1台上平台3、2组上胡克铰4，1组固定支座组件5、1组铰链支座组件6、1组铰链组件7、1个固定支撑8、2组电动缸组件9、2组下胡克铰10、1组地脚螺母垫片11、一组地脚螺栓12、1个铰链预埋板13、1个固定支撑预埋板14、2个电动缸预埋板15组成。
64.上平台3通过连接螺栓将2组上胡克铰4、1组固定支座组件5、1组铰链支座组件6、1组铰链组件7连接到一起，2组上胡克铰4的连接件与电动缸组件9的活塞杆通过螺纹连接到一起，电动缸组件9的尾部与2组下胡克铰10连接紧固，2组下胡克铰10通过地脚螺母垫片11和地脚螺栓12与2个电动缸预埋板15紧固到一起。
65.1组铰链支座组件6通过连接螺栓与1组铰链组件7连接到一起，1组铰链组件7通过地脚螺母垫片11和地脚螺栓12与1个铰链预埋板13紧固到一起。
66.1组固定支座组件5通过螺钉与固定支撑8上端面连接到一起，固定支撑8下端面通过地脚螺母垫片11和地脚螺栓12与1个固定支撑预埋板14连接紧固。
67.所有预埋板都有通过地脚螺栓与钢筋混凝土基础紧固连接到一起，这样发明实施例就组装完成，并且钢筋混凝土基础保证了发明实施例的强度。
68.通过软件控制交流电机的转动，就可以实现2组电动缸组件9的活塞杆伸缩，活塞杆伸缩带动上平台3绕固定支座组件5转动。并且同时带动铰链支座组件6进行上下运动。铰链支座组件6带动铰链组件7上下运动。
69.铰链组件7与固定支撑8联合作用限制上平台3的垂直、水平移动以及绕垂直轴线转动的三个自由度，这样就可以实现其余两个自由度的运动。
70.两自由度并联测试试验台1可以通过两个轴线方向的转动，既可以模拟车辆、飞机、舰船的路谱、海浪谱等，也可以测试在运动状态下取得数据的设备或系统。
71.其中多轮定心滚转试验台2由2台驱动环16和1台滚动体17组成。
72.而驱动环16由3组扳手组件18、3件上滚轮19、1台上环20、1组锁紧螺栓21、1套电机减速机组件22、1件转轴23、1台下环24、1件主动挂胶轮25、1件主传动轴26、1件主动链轮27、1组主动链条28、1件双排链轮129、1组传动链条30、1件涨紧链轮31、1组双排链轮232、1组从动链条33、1件从动链轮34、1件从动轴35、1件从动挂胶轮36、1件锁紧轴37、1件垫板38组成。
73.3组扳手组件18、3件上滚轮19、1台上环20组成了驱动环16的驱动上环部分。
74.1套电机减速机组件22、1台下环24、1件主动挂胶轮25、1件主传动轴26、1件主动链轮27、1组主动链条28、1件双排链轮129、1组传动链条30、1件涨紧链轮31、1组双排链轮232、1组从动链条33、1件从动链轮34、1件从动轴35、1件从动挂胶轮36、1件垫板38组成了驱动下环部分。
75.驱动上环与驱动下环通过1件转轴23连接在一起，驱动上环可以绕转轴23转动，当滚动体17放置好后，驱动上环绕转轴23转动，然后利用锁紧轴37将其锁紧，这样整机的装配就完成了。
76.下环24是整个发明实施例的基础，在该零件上设计有螺栓孔位，利用该孔位既可以通过螺栓组件与钢筋混凝土基础连接紧固，也可以通过螺栓组件与大型平台固连，保证
整个发明实施例的强度。
77.整个发明实施例的装配顺序是，松开锁紧轴37，打开驱动上环，将滚动体17吊放在两组驱动下环上，然后将驱动上环合上，锁紧锁紧轴37，调整3组扳手组件18的位置，扳手组件18推动上滚轮19对滚动体施力，直到3件上滚轮19与主动挂胶轮25、从动挂胶轮26将滚动体17牢牢的夹紧。
78.该发明实施例中驱动下环的运动原理是，利用软件控制电机减速机组件22，电机减速机组件22的与主传动轴26连接在一起，同时主动挂胶轮25、主动链轮27与主传动轴26也连接在一起，这样在电机减速机组件22转动时，就会驱动主传动轴26、主动挂胶轮25、主动链轮27；主动链轮27带动主动链条28，主动链条28带动双排链轮129转动，双排链轮129转动时通过传动链条30带动双排链轮232转动、从而使从动链条33带动件从动链轮34转动，驱动从动轴35带动从动挂胶轮36与主动挂胶轮25一起转动。
79.通过主动挂胶轮25与从动挂胶轮36以及3件上滚轮19的摩擦力将滚动体17驱动转动，这样就完成了滚动体17的转动。
80.多轮定心滚转试验台2可以实现滚动体的连续转动，其设计成功之处就是巧妙的利用挂胶轮的摩擦力驱动滚动体的旋转，与滚动体无任何的机械连接。其用途是可以测试滚动体内盛装的油液在不同速度下的性能变化。
81.两自由度并联测试试验台1和多轮定心滚转试验台2的有机结合，可以实现3个自由度的运动，其功能是在不同运行环境、不同运行姿态以及不同运行速度下，模拟飞机的油箱在空中飞行时油箱在飞机不同姿态下的状态，可以得到油箱不同状态下的实时数据。为飞机油箱的设计以及改良提供了宝贵的数据，加速飞机油箱设计初期的效率以及进度以及为飞机飞行时提供飞行数据。
82.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
83.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。