空间等离子体环境地面模拟实验系统传动与定位装置设计方案

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1、空间等离子体环境地面模拟实验系统传动与定位装置设计方案西安科宇工贸有限责任公司目录1任务概述及功能11.1使用条件11.2主要功能22主要技术指标23设计方案33.1系统组成及工作原理33.2结构设计方案43.2.1五维电控运动机构53.2.1.1X轴平移台和Y轴平移台53.2.1.2A轴旋转台73.2.1.3Z轴平移台和B轴旋转台93.2.1.4零件材料选择103.2.1.5关重件选型设计113.2.1.5.1直线导轨113.2.1.5.2滚珠丝杠153.2.1.5.3光栅尺193.2.2三维电控运动机构213.2.3底座223.2.4载荷安装杆2

2、33.3电控系统253.3.1控制系统原理253.3.2电机和驱动器273.3.3运动控制器293.3.4电控箱303.3.5限位保护和复位装置303.3.6控制软件313.3.6.1软件开发平台313.3.6.2功能设计313.3.6.3界面设计323.4精度测试方法323.4.1定位精度测试323.4.2重复定位精度测试343.5设计结果353.6关键技术354研制周期及进度安排36361任务概述及功能空间等离子体环境地面模拟实验系统传动与定位装置是在空间等离子体环境地面模拟实验中，为测试载荷提供一组六维和一组三维机械运动和伺服控制的装置。任务要

3、求该装置能够安装测试载荷按照用户指令或预先规定程序模式进行机械运动，并实时显示测试载荷的运动状态和位置信息。该模拟实验是在地面实验舱内进行，要求整个实验过程完全实现自动控制。图11为该装置的整体使用示意图，六维电控运动机构和三维电控运动机构分别装载测试载荷相向安装在底座的两端，并可以正反向安装。通过电缆与实验舱外的控制系统连接，操作人员通过人机接口控制并获取测试载荷的运动状态和位置信息。图11传动与定位装置整体使用示意图1.1使用条件该装置要求安装在地面实验舱内使用，实验舱的具体应用条件参数如下：n实验舱尺寸：f3000mm´5000mm；n真空

4、度：5´10-5Pa（极限），5´104Pa（工作）；n温度：-20°C~+50°C；n等离子体环境：密度109~1012/m3，电子温度0.1~1eV，离子温度0.05~0.5eV；n磁场：0~1G；n电场：0~1V/m；36n太阳常数：0.3~1。1.1主要功能根据任务要求，该装置需要具备以下功能：(1)能在真空、等离子体、电场和磁场等环境下工作。(2)六维电控运动机构装载测试载荷实现三维直线平移运动和三维旋转运动，并准确定位。三维直线平移分别为X向、Y向和Z向，三维旋转分别为A向、B向和C向（其中A向旋转轴与Z轴平行，B向旋转轴与X轴平行，C向

5、旋转轴与Z轴垂直）。(3)两组装置可以在基准底座平台上正反向安装、初始位置在中间。(4)用户可以通过人机接口输入所需的运动参数控制该装置动作。(5)三维直线平移距离及三个旋转台旋转角度可以连续测量，并能在计算机软件界面上实时显示。(6)配备载荷安装杆，可安装在B轴旋转台上。安装杆上可安装两个测试载荷，用户可通过控制软件实现两测试载荷之间的相向运动，运动范围最大为3000mm。（当使用安装杆时，整个装置只启用X向直线平移功能）2主要技术指标（1）直线平移机构Ø承载：5KgØX轴行程：2000mm（两组相向安装总有效行程为4000mm）ØY轴行程：200

6、0mmØZ轴行程：1000mmØ定位精度：±0.05mm（每300mm范围内）Ø重复定位精度：±0.01mmØ线性分辨率：0.01mmØ速度调节范围：在1mm/s~100mm/s范围内连续可调（2）旋转运动机构ØA轴旋转范围：360°ØB轴旋转范围：360°36ØC轴旋转范围：360°Ø定位精度：±0.0125°Ø重复定位精度：±0.005°Ø闭环分辨率：±1.5″Ø载物台具有多接口安装面1设计方案1.1系统组成及工作原理系统组成如图31所示，由底座、一组六维和一组三维电控运动机构、载荷安装杆、电控箱和专用系统控制软件等组成。底座为整个装置提供良好

7、的安装平台，主要由平台和平台支架组成。六维电控运动机构装载测试载荷实现六个轴的运动，分别由X轴平移台、Y轴平移台、Z轴平移台、A轴旋转台、B轴旋转台和C轴旋转台等组成，图31系统组成载荷安装杆安装在六维电控运动机构的B向旋转台上，装载两个测试载荷实现相对位置平移，主要由驱动装置、传动机构、导向机构和距离测量装置等组成。电控箱用来集成整个装置的硬件控制电路，由模块电源、电机驱动器、多36轴控制卡、光栅细分盒等组成。控制软件为用户提供良好的人机界面，用户通过控制软件实现对整个装置的操作控制和数据获取。系统工作原理：测试载荷分别安装在两个载荷安装杆上，启

8、动电控箱上的电源开关，测试人员就可通过配套控制软件控制六维电控运动机构各轴电机动作（包括位移或角度，速度及加