空间对接装置

空间对接装置（精选五篇）

空间对接装置 篇1

近年来, 随着人类对能源的需求不断加大, 海洋资源和太空资源的开发开始成为研究的热点。对接装置在海洋和太空资源开发以及失事船只救援的过程中具有重大的研究价值和广阔的应用前景。而并联机构在太空进行空间对接、在海底对失事船只进行救援的对接过程中得到应用和发展[1,2]。本文研究了一种能够实现一移动两转动的并联机构空间动态对接装置。利用Solid Works软件建立装置的三维模型, 通过ANSYS对并联机构进行静力学和模态分析, 为该对接装置的结构设计和优化提供理论依据。

1 对接装置工作原理

空间对接装置主要由上对接筒、下对接筒、三自由度并联机构、支撑平台和操控平台组成。三自由度的并联机构由一个定平台、一个动平台和三条运动支链组成。每条运动支链由一个铰链, 一个电动缸和一个球铰从下到上依次连接而成, 如图1所示。三个转动副的转动轴线的垂线相交于一点。该并联机构能够实现垂直方向的移动和两个水平方向的转动。下对接筒和并联机构的动平台固定在一起, 即对接筒有三个自由度。上对接筒在空间内也可以实现绕三个轴的转动自由度。因此, 该空间对接装置能模拟空间物体在不同位姿条件下实现动态对接。

2 有限元模型建立

运用三维软件Solid Works对该对接装置进行三维实体建模, 并且对该装置进行适当简化, 保证简化前后机构的力学性能不会发生改变。然后将简化后的模型导入ANSYS中[3]。1) 定义单元。鉴于该对接装置模型比较复杂, 将单元类型设置为四面体单元。2) 材料属性。采用ANSYS对装置进行有限元分析时都涉及到机构零部件的材料类型, 以及材料的密度、泊松比和弹性模量。该对接装置各部分的具体材料属性如表1所示。3) 网格划分。对装置进行有限元分析需划分疏密不同的网格, 模态分析时装置固有频率和振型与装置的结构质量和刚度的分布有关, 因此本文对装置划分的网格为均匀的[3]。

3 静力学分析

通过对该并联机构对接装置进行静力学分析, 确定该对接装置空间对接过程中在某种工况下各节点之间受力的薄弱环节[4]。该对接装置在工作过程中所承受的所有外部载荷全部简化为在上平台上, 方向垂直于上平台。

当上平台处于零位时, 在上平台上施加大小为1000 N的载荷。得到的应力云图为如图2 (a) 所示。从图中可以得出, 对接装置的最大应力区出现在上平台上, 最大应力为σmax=1.55 MPa。在静载荷的作用下, 整个对接装置的的整体应力远远小于Q235钢的许用应力σb=375 MPa。因此该对接装置结构能够满足要求。得到的应变云图如图2 (b) 所示。由结果可以看出, 该对接装置在1000 N的载荷作用下, 最大变形为0.77 mm, 应变非常小。满足装置的使用要求。同应力一样, 最大应变发生在上平台上。

4 模态分析

模态分析就是确定装置结构在无阻尼自由振动情况下的振动特性。为保证空间对接装置在动态对接过程中进行精确对接, 运动过程中受到的冲击振动是一个影响对接精度的重要因素。因此对该对接装置进行动态特性研究就具有重大的意义[5,6]。在保证一定计算精度的前提下, 对装置运动特性研究主要研究低阶振型, 在此计算前6阶振型, 如图3所示。根据模态分析结果, 我们可以得出:

1) 第1阶振型和第2阶振型分别表示电动缸沿着Z向和X向移动, 两者的振型比较相似;第3阶振型表示动平台绕Y轴转动;第4阶振型和第5阶振型表示支撑平台沿着X方向的移动;第6阶振型表示支撑平台沿着Z方向的移动。

2) 运动支链、动平台和支撑平台是振动相对比较剧烈的部位, 因此在设计时尽量采用强度较高的材料, 增加板材的厚度, 采用加强筋, 来提高该部位的强度。

5 结语

为了模拟空间的动态对接, 引入一种能够实现一移动两转动的并联机构对接装置。通过运用三维建模软件对装置进行三维建模, 利用ANSYS对该装置进行静力学分析和模态分析。通过静力学分析, 研究了该对接装置在受力状态下的应力和应变分布。得出在动平台和运动支链处产生较大的应力和应变, 满足使用要求。通过模态分析, 分析了该机构前6阶振型, 发现运动支链、动平台和支撑平台在对接运动过程中振动相对比较剧烈, 因此在设计过程中需要对这几个薄弱环节进行重点设计, 从而改变对接装置在空间对接过程中的运动特性。

参考文献

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[2]何晋, 孟庆鑫, 孙建梅, 等.横置六自由度水下并联对接机构受力分析及仿真[J].机械设计与研究, 2003, 19 (5) :69-72.

[3]彭俊泉, 任衍坤, 刘晶晶, 等.基于3UPS-UP并联机构的磁流变液抛光装置有限元分析[J].组合机床与自动化加工技术, 2015 (7) :37-40.

[4]周爱国, 陆亮, 陆敏恂.新型位标器转子机构模态分析[J].制造技术与机床, 2010 (11) :121-124.

[5]刘涛, 杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社, 2003.

《空间交会对接技术》阅读题及答案 篇2

北京时间11月3日凌晨1时36分，天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船顺利完成首次交会对接，中国载人航天首次空间交会对接取得圆满成功，开辟了载人航天的新纪元。

人们在谈起空间交会对接时总是将它们连在一起，好像是一回事，实际上它是两个过程，即是空间交会和空间对接的总称。空间的交会对接就好像人生的恋爱和结婚一样，是有联系但性质上又不完全相同的两回事。空间交会是指两个或两个以上的航天器，通过轨道参数的调整，在空间轨道上按预定位置和时间“相会”的过程。通常只要交会的航天器相距在一定距离范围以内(例如300米)，就算实现了交会。对接是指它们“相会”后，通过专门的对接装置将两个航天器连接成一个整体。交会的航天器不一定对接，但是需要对接的航天器则一定要首先实现交会，而且交会还必须达到对接所要求的精度。

回顾一下载人航天的历史，我们可以看到：无论是美国还是俄罗斯都与我国一样，经过了发射单个飞船、空间实验室、空间站三个阶段。在这个过程中，最主要的一项技术就是交会对接技术。可以说没有交会对接技术的发展，就没有载人航天的发展。可以想象一下，哪个火箭有这样大的推力可以将像国际空间站这样的庞然大物发射到太空?国际空间站的建成，都是靠交会对接将一个个舱段与空间站的主构架连接在一起的;国际空间站的应用，也是通过交会对接将航天员和物质一次次地送到国际空间站，使他们发挥作用。目前我国火箭近地轨道最大运载能力仅为9.2吨，不仅无法将体积更大、重量更重的空间实验室发射升空，也满足不了空间实验室在运行期间所需大量物资的运输要求。

根据航天器空间交会对接技术的发展过程，可将其在载人航天活动中所起的主要作用归纳为以下几个方面。

首先，它是空间站和载人飞船维持正常运行的必要条件。航天员定期的更换、飞行所需的燃料、航天员的食物、科研生产原材料的补给和取回、仪器设备的更换与维护、在飞行轨道上为其他应用卫星提供服务等，都需通过空间交会对接以实现地面和太空航天器之间的人员和货物运送。

其次，解决运载火箭推力有限的难题。当航天器的体积和重量超过运载火箭的能力时，可以分次发射，然后把各次发射的飞行器或者有效载荷经过空间交会对接，在轨道上组装成大型的航天器。这样，利用航天器的空间交会对接技术，可以间接地完成大型或超大型航天器的发射任务和空间站的组装任务。

第三，进行空间站维修和救援。通过航天器空间交会对接技术，维修在轨道上出故障的航天器，或者发射救生船以营救在飞行轨道上出事故的载人航天器上的航天员。

再有，实现往返于轨道间、星际间的渡船、拖船等服务型航天器的在轨作业。

最后，对今后发展和规划复杂的飞行任务进行有效优化。例如，复杂飞行任务可以分解成为几个独立的相应阶段，然后利用空间交会对接技术，按飞行过程要求，重新将其组合。

总之，随着空间技术的发展和空间应用的.扩大，航天器空间交会对接技术的作用亦将越来越重要。 (节选自《百科知识》20第7期，有删改)

1.第一段引用报纸上的一则消息开头，这样写有什么作用?(4分)

2.请概括说说什么是空间交会对接技术?(4分)

3.第二段画线的句子运用了什么说明方法?有什么好处?(4分)

4.第三段画线的句子表达是否准确?请说出你的理由。(4分)

5.中国载人航天首次空间交会对接取得圆满成功，在这普天同庆的时刻，请你拟写一副对联表示祝贺。(4分)

参考答案：

5.巧妙地引出本文的说明对象，引起读者的注意，激发读者的阅读兴趣。(4分)

6.空间交会对接技术是指两个或两个以上的航天器在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术。(4分)

7.打比方。生动形象地说明了空间交会和空间对接是有联系但性质上又不完全相同的两回事，使说明更加通俗易懂。(4分)

8.不准确。我国现在还处在“发射单个飞船”的第一阶段，所以不能用“经过了”。可以改为“回顾一下载人航天的历史，我们可以看到：无论是美国还是俄罗斯，都经过了发射单个飞船、空间实验室、空间站三个阶段”。 (4分)

中国完整掌握空间交会对接技术 篇3

根据中国载人航天“三步走”战略目标，中国将在2020年前后建成空间站。而掌握交会对接技术则是其中“第二步”的关键环节。只有掌握这项技术，才能为建立空间站并开展更大规模的载人航天活动奠定基础。此次神舟九号与天宫一号载人交会对接，实现了自动和手动交会对接的成功，标志着中国完整掌握了空间交会对接技术，具备了以不同对接方式向在轨飞行器进行人员输送和物资补给的能力。

中国是继美国和俄罗斯之后世界上第三个独立掌握这项技术的国家。

□文/摘自 国际在线

“雪龙号”再探北极

??我国第五次北极科学考察队暨“雪龙号”科学考察船于7月2日青岛起航，前往北极执行科学考察任务。本次北极科学考察的主要内容是海洋环境变化和海—冰—气系统变化过程的关键要素考察、北极地区海洋环境快速变化的地质记录及其对中国气候的影响、北极地区地球物理场关键要素调查与构造特征分析和北极海域生态系统功能现状考察及其对全球变化的响应等。

科考队7月2日从青岛出发后，将途经白令海、楚科奇海、北方海航道抵达冰岛，在冰岛开展为期5天的访问和调查活动，再经挪威和丹麦的公海海域，从北冰洋高纬地区返回楚科奇海，经白令海返回，总航程预计为17000多海里，预计9月29日返回上海港。

□文/摘自 中国科技网

中国工程院公布

“院士科学道德守则”

??6月28日，中国工程院在其官方网站公布了5月16日第五届中国工程院主席团第11次会议通过的《中国工程院院士科学道德守则》。

该守则中规定，院士要尊重他人的科研成果和知识产权。凡是与他人合作或在他人已有成果基础上开展的工作，必须如实说明。

另外，院士发表与他人合作完成的科学技术成果（论文、报告、著作、报奖等）时，要根据本人在工作中所起的作用，区别情况确定署名和排名。对自己署名的成果须负相应责任；对本人未参与的工作或研究成果，不得以任何借口要求、暗示或应他人要求署名。院士应要求自己的学生和助手，不得擅自代院士署名。

□文/摘自 中国工程院官网

5种蜜饯产品

二氧化硫残留量超标

??国家质检总局日前通报了蜜饯产品质量国家监督抽查结果，在16个省份的137种蜜饯产品中，有10种产品不符合标准，涉及菌落总数、二氧化硫残留量、苯甲酸、安赛蜜、胭脂红项目。

??其中，北京市万佳食品厂生产的龙坊牌桃脯、黄山市徽珍食品有限公司生产的徽珍牌猕猴桃干、广西南宁市珍惠林贸易有限公司生产的珍惠琳牌精品薯条、海南省文昌市东中椰品厂生产的东中牌高级椰子角和文昌椰海食品有限公司生产的文笔塔牌精品椰子片等5种产品被检出二氧化硫残留量超标。

□文/摘 自新华网

广西猴类珍稀动物数量增加

??得益于野生动物自然保护区的严格保护和物种的长期监管，全球濒临灭绝的猴类珍稀保护动物白头叶猴和东黑冠长臂猿在广西生存区域扩大，生存数量增加。

??分布在广西左江和明江之间狭小三角形地带内的白头叶猴，因外冠毛和尾巴均为白色而得名，是全球25种最濒危和最需要保护的灵长类动物之一。这一区域的白头叶猴种群数量已由1998年的15群100多只，增加到目前的120群900多只，分散在10个片区。

??东黑冠长臂猿被世界自然保护联盟列为全球极度濒危物种，同样也被认为是全球25种最濒危灵长类之一，目前全球仅存110只左右，而分布在广西境内的就约有24只。

□文/摘自 新华社

中移动银联统一移动支付标准

??近日，中国移动与银联达成合作框架协议，中移动手机用户可在印有非接触受理标识“QuickPass”的POS机上通过“刷手机”进行远程支付操作。中移动与银联的合作，意味着移动支付由中移动、银联和第三方支付的三足鼎立格局转为两大阵营。

不过未来，这一局面又有可能被打破。日前有消息称，下一代iPhone将会内置支付芯片占领移动支付市场。在6月12日苹果全球开发者大会上，苹果发布的iOS6系统内置了一项名为“Passbook”的新功能。该功能类似手机中的支付钱包，可以通过条码的形式为用户提供虚拟登机牌、餐厅优惠券、演唱会门票等，用户使用手机的Passbook可以替代传统的纸质优惠券。

一旦以苹果为代表的终端设备商入局，移动支付市场的竞争格局将更加复杂。?

□文/摘自《每日经济新闻》

7月公众可赏四大天象

“星月童话”上演

??中科院紫金山天文台研究员王思潮表示，7月公众可赏水星东大距，金星最亮，金星、木星与残月演绎“星月童话”，南鱼座流星雨极大等四大天象。

??7月1日水星东大距。当天水星与太阳的最大角距可达26度，但赤纬比太阳低3度左右。在天气晴朗的条件下，感兴趣的公众可借助双筒望远镜进行观测。

??金星绝对是7月天宇的主角。王思潮介绍，进入7月，金星亮度迅速增加，7月12日将达到最亮。另外在７月的很长一段时间里，金星将与木星近距离接触，两者一同出现在晨曦，角距离仅有2度左右。7月16日，它们还将与残月一起组成“笑脸”状，看上去非常美妙。

??7月还将有一场流星雨。7月27日南鱼座流星雨将极大，该流星雨的辐射点位于南半球的南鱼座天区。王思潮表示，北半球的公众，可选择当天22时左右起进行观测。 □文/摘自 新华社

GE中国研发中心开发下一代车用永磁电机

??目前 ，GE中国研发中心的科学家正在与国内伙伴紧密合作，就电动拖拉机、电动巴士等领域进行研发，凭借先进的电力推进技术推动中国绿色交通发展。

在电动拖拉机项目中，科学家们将在电气系统集成和系统优化、电动拖拉机系统仿真、控制策略方面提供技术支持，共同搭建电动拖拉机原型机。

在电控领域，GE中国研发中心科学家正在进一步研究和优化能源管理系统，同时开发下一代永磁电机的控制算法，从而让电机更高效地运行，拥有更高的可靠性，并致力于开发高集成化的控制硬件，可以集成直流升压器、逆变器和电机控制器。

??在电机领域，如何实现体积更小同时功率更强的车用电机成为目前最大的挑战。目前，GE全球研发中心正在开发下一代的车用永磁电机，使得整个动力系统更轻、成本更低、可靠性更高，功率更强。

□文/陆春华

空间对接模拟器控制系统设计 篇4

航天器空间对接五自由度仿真系统, 主要是为了检测空间对接性能而研制开发的一种物理仿真试验平台。采用半物理仿真的方法模拟两个飞行器在设定对接初始条件下的对接动力学过程。整个系统由两个大质量、大惯量的主动和被动五自由度试验台组成。航天器的质量和惯量由质量惯量模拟件来仿真。航天器的纵向x、横向z平面运动和绕y轴的转动三个自由度由气浮平台来实现, 绕x轴和z轴的转动由安装在气浮平台上的滚转与俯仰转动模拟装置来实现。主、被动试验台的主梁的端部分别装有主、被动对接机构。整个试验台示意简图如1所示。

实现仿真系统空间对接的运动和控制的仿真功能, 要求系统具有实时多任务系统的特点。分析系统的功能和性能需求如下:具有手动、自动运动功能, 具有较高的重复定位精度;具有对气缸等动作部件的控制功能;具有对五自由度位姿和其它相关信息的实时测量功能, 位姿测量的采样周期不大于T1 (T1<=2ms) , 其它信息采样周期不大于T2 (T2<=10ms) ;具有数据实时计算功能, 周期不大于T2;具有实时通讯功能, 周期不大于T2;具有系统实时报警保护功能, 监视采样周期不大于T2;具有记录、显示和人机交互功能。

根据上述分析的系统功能和性能需求概述, 设计控制系统的体系结构。采用上下两层结构, 下位机主要完成对系统的对数据的实时采集、计算、记录功能, 对系统运动和动作的实时控制功能, 与上位机的实时通讯功能;上位机主要完成对下位机传输的数据状态信息的接收、处理功能, 发送对下位机的运动和动作控制指令功能, 状态数据显示和人机交互操作功能。上下层之间通过CAN总线进行网络通讯。

本文以下位机为主要分析对象, 基于FSM理论对下位机的关键功能, 即模拟器的运动控制、模拟器的动作控制, 进行建模分析。并以此模型为基础, 完成测控系统的软件详细设计。参照FSM的定义, 结合控制系统设计实际应用中的需要, 添加一个定义于状态上的变量属性集合, 可以得到一种扩展的有限状态机定义。扩展的有限状态机是一个六元组, 即FSM= (Q, Σ, δ, q0F, V) , 其中, Q是FSM中所有状态的有穷集合;Σ是能被FSM识别的所有事件的集合;δ:Q×Σ→Q是转移函数;q0∈Q是起始状态;F∈Q是终结状态集合, V是定义于状态上的变量属性集合, 指系统处于各个状态时, 在以后的程序实现时, 需要涉及的变量。实际分析时, 上层的FSM的V可以待定, 分析至最低层FSM时, 由于此时功能已较具体简单, 所以可以确定最底层FSM中的V成员集合。然后, 将各个子FSM的V成员集合合并后就可得到父FSM的V成员集合。逐步上推, 最终即可得到整个控制系统需要涉及的变量集合。

2 模拟器运动FSM的划分

模拟器运动FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V1}, 其中, Q={系统就绪, 点动模式, 预置模式, 跟随模式, 加速模式};Σ={点动指令, 预置指令, 跟随指令, 加速指令, 运动完成, 点动停止, 跟随停止};δ包括:δ (系统就绪, 点动指令) =点动模式, δ (系统就绪, 预置指令) =预置模式, δ (系统就绪, 跟随指令) =跟随模式, δ (系统就绪, 加速指令) =加速模式, δ (点动模式, 点动停止) =系统就绪, δ (预置模式, 运动完成) =系统就绪, δ (跟随模式, 跟随停止) =系统就绪, δ (加速模式, 运动完成) =跟随模式;q0=系统就绪;F={系统就绪};V1=待定。状态转移图如图2所示。

控制系统每隔10 ms执行的中断程序可以认为是由其最底层的FSM的状态所组成的。“10ms时间到”作为状态转移的一个事件。最底层FSM状态的转移过程即为中断程序不断执行的过程。在这一层中即可确定各个FSM中的变量成员内容。由于存在几种不同的运动模式, 故可以对模拟器运动状态划分其子FSM, 根据不同运动功能的要求, 可以将其划分为4种不同运动状态。

2.1 点动FSM

点动模式是平面坐标驱动机构进行单方向多速度档位运动, 用于模拟器短距离位置调整。

点动FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V1.1}, 其中, Q={系统就绪, 点动运动状态};Σ={点动指令, 点动停止指令};δ包括:δ (系统就绪, 点动指令) =点动运动状态, δ (点动运动状态, 点动停止指令) =系统就绪;q0=系统就绪;F={系统就绪};V1.1={点动开始标志量, 速度变量, 方向变量, 位姿变量}。状态图如图3所示。

2.2 预置FSM

预置模式是平面坐标驱动机构进行两个自由度方向的运动, 使模拟器在X和Z方向上运动到用户输入的目标点坐标值, 坐标值有相对和绝对两种类型。

预置FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V1.2}, 其中, Q={系统就绪, 预置运动状态};Σ={预置指令, 目标点到达};δ包括:δ (系统就绪, 预置指令) =预置运动状态, δ (预置运动状态, 目标点到达) =系统就绪;q0=系统就绪;F={系统就绪};V1.2={预置开始标志量, 目标点坐标变量, 坐标类型变量, 目标到达标志量, 位姿变量}。状态图如图4所示。

2.3 跟随FSM

跟随模式是指平面坐标驱动机构与模拟器分离, 不对其产生动力或阻力作用, 模拟器处于自由运动状态, 驱动机构跟踪模拟器运动, 保持固定距离。跟踪算法是根据10ms内模拟器运动的距离, 经过一定的补偿算法计算后得到驱动机构需跟踪运动的距离。

跟随FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V1.3}, 其中, Q={系统就绪, 跟随10nms位置状态}, n为正整数;Σ={跟随指令, 跟随结束指令, 10ms时间到};δ包括:δ (系统就绪, 跟随指令) =跟随10ms位置状态, δ (跟随10nms位置状态, 10ms时间到) =跟随10 (n+1) ms位置状态, δ (跟随10nms位置状态, 跟随结束指令) =系统就绪;q0=系统就绪;F={系统就绪};V1.3={跟随开始标志量, 位姿变量, 目标值变量}。状态图如图5所示。

当系统处于“跟随10nms位置状态”时, 由于10ms的中断时间是很短的, n的取值会较大, 不可能对每个n的取值都计算出其中变量的数值。在程序实现时, 只需要在中断程序中将n作为计时器变量, 经过每次中断程序中的目标点坐标值累加计算即可得到在运动开始后的每次中断程序执行时的相应数值。此种方法同样适用于其他各运动子FSM的实现。

2.4 加速FSM

加速运动是指在规定时间内, 平面坐标驱动机构在平面两个自由度上驱动模拟器使其位置和速度达到运动仿真条件。之后, 平面坐标驱动机构与模拟器分离, 进入跟随模式。

加速FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V1.4}, 其中, Q={系统就绪, 加速10n ms位置状态, 跟随状态}, n为正整数;Σ={加速指令, 加速时间到, 10 ms时间到};δ包括:δ (系统就绪, 加速指令) =加速10 ms位置状态, δ (加速10n ms位置状态, 10 ms时间到) =加速10 (n+1) ms位置状态, δ (加速10n ms位置状态, 加速时间到) =跟随状态;q0=系统就绪;F={跟随状态};V1.4={加速开始标志量, 目标坐标值变量, 目标速度变量, 加速度变量, 位姿变量}。状态图如图6所示。

当运动FSM的最底层分析确定后, 其变量成员V1即可得以确定:V1=V1.1∪V1.2∪V1.3∪V1.4。

3 模拟器动作FSM的划分

模拟器共涉及以下6种气缸装置: (1) 制动臂气缸:控制模拟器X、Z方向的平面运动; (2) 主梁气缸:控制模拟器绕X、Z方向的转动; (3) 分度盘气缸:控制模拟器绕Y方向的转动; (4) 助推气缸:模拟空间飞行器助推发动机效果, 使模拟器动量瞬间增强; (5) 重力平衡气缸:控制重力平衡装置是否有效; (6) 手爪气缸:控制平面坐标驱动机构与模拟器的连接与分离。

动作FSM={Q, Σ, δ, q0, F, V2}, 其中, Q={系统就绪, 气缸动作状态};Σ={夹紧指令, 复位指令, 动作完成};δ包括:δ (系统就绪, 夹紧指令) =气缸动作状态, δ (系统就绪, 复位指令) =气缸动作状态, δ (气缸动作状态, 动作完成) =系统就绪, q0=系统就绪;F={系统就绪};V2={气缸选择变量, 气缸动作类型变量, 气缸状态变量}。状态图如图7所示。

4 软件详细设计

根据已建立下位机的基于有限状态机的软件分析模型, 可以进行软件模块化详细设计。下面给出了软件设计流程图。图8为下位机主程序设计流程图, 图9为下位机时钟中断服务程序设计流程图。

系统中多进程和进程中多任务都能够使用有限状态机方法进行分析建模, 如上位机的显示进程、通讯进程和人机交互进程, 以及下位机时钟中断进程中的各个任务, 并以模型分析为基础, 可以完成各任务的模块化设计编程。

5 实验与应用

在实际应用中, 下位机分系统基于IPC机, 采用DOS操作系统应用Borland C语言进行开发, 上位机基于PC机, 采用LabVIEW软件进行程序设计。实际应用中采用工程化和模块化的方法完成系统设计, 应用本文所述的分析设计方法, 实现了系统的功能要求和性能指标, 系统运行性能良好, 提高了系统的安全性、可靠性和可维护性。

参考文献

[1]Kruth JP, Van Ginderachter T, Tanaya PI, et al.The use of finite state machines for task-based machine tool control[J].Computers in Industry, 2001, 46 (3) :247-258.

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[3]仇文杰, 蔡锦达, 阎凤.有限状态机在触摸屏驱动程序开发中的应用[J].工业控制计算机, 2008 (9) .

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[5]姜春英, 房立金, 徐志刚, 等.一种平面运动位姿的并联组合测量方法研究[J].中国机械工程, 2006 (4) .

空间对接装置 篇5

多工位压力机是先进的生产加工设备,与传统的“串联式”冲压生产线相比,具有自动化程度高、生产率高、占地面积少、操作安全、生产周期短、综合成本低,以及模具结构简单和工艺过程简便等优点[1,2]。

横向杆是多工位压力机伺服送料系统中的重要组成部分,多工位压力机工件的传送是通过伺服驱动装置带动横向杆运动以及一种安装在其上的端拾器吸取和释放工件来完成的。当加工不同形状的工件时,就需要更换端拾器以实现对不同形状工件的夹取与释放,而快速更换端拾器需横向杆与主体对接来完成。因此,横向杆的快速对接将会提高生产效率,缩短生产周期[3,4]。

传统的对接装置是借助液压活塞来完成横向杆与主体的联结和脱开动作。液压驱动方式的锁紧力大、动作可靠,但液压系统的管路和液压部件增加成本,且出现问题时维修困难。

为此设计开发了一种新的成本低的电永磁对接装置。

2 设计方案及工作原理

横向杆与主体的对接发生在更换横向杆的时候,主体先于原来的横向杆脱离,然后主体沿着一轨道运动到新的横向杆的位置,与新的横向杆对接。在压力机工作过程中,主体与横向杆对接后一起沿着工位方向移动,通过联结在横向杆上的端拾器来夹取、释放工件。

为了使横向杆与主体的对接可靠且装置简便实用,将电控永磁夹紧技术应用于横向杆与主体的对接中。具体结构如下:

图1是横向杆与主体对接后的整体布局,图2是横向杆与主体结合局部图,图3是横向杆与主体脱离局部图;其中,主体1与钢架6焊接在一起,气压缸3固定在钢架6上,活塞杆4的端部加工成螺纹,经螺母联结推板5,推杆7与电控永磁块8联结,推杆7再与推板5用螺钉联结,电控永磁块8可沿着主体1及横向杆2的内壁移动。

1.主体2.横向杆3.气压缸4.活塞杆5.推板6.钢架

工作原理:主体欲与横向杆结合时,气压缸中压强增大,活塞杆向横向杆方向移动,带动推杆伸向横向杆内部,当电控永磁块接触横向杆的联结平面后,给电控永磁块通电,电控永磁块与横向杆联结面紧紧吸在一起。主体欲与横向杆分开时,给电控永磁块反向通电,电控永磁块对外不表现磁性,电控永磁块在活塞杆作用下随推杆向主体部分缩回。

根据宁波达明磁电有限公司的电控永磁吸盘结构及工作原理[5,6],设计电控永磁磁极模型。电控永磁块内部磁极结构如图4至图6所示。其中:磁极的外部是结构钢,可正反向充磁的铝镍钴磁钢5安装于壳体1内部右方,线圈绕组6设置在铝镍钴磁钢5周围,磁极块3设置在铝镍钴磁钢5左方,铷铁硼永磁体2设置在磁极块3的四个侧面。在磁块内部空隙填充环氧树脂4起密封作用。

图7、图8为磁极的工作原理图,电控永磁夹紧技术是采用电脉冲开、关磁力进行工作的,利用永磁材料的特性对磁路进行优化设计。磁极在充磁和退磁时状态如下[5,6]:

(1)当给磁极通入直流电流,下方线圈电流方向为逆时针,而上方线圈电流方向为顺时针时,磁极的磁力线通过电控永磁块表面而对附近的联结钢板平面产生磁力,将与钢板平面吸紧结合,磁极处于强磁力状态。

(2)当给磁极通入直流电流,下方线圈电流方向为顺时针,而上方线圈电流方向为逆时针时,磁极的磁力线只通过电控永磁块内部而对附近的联结钢板平面不产生磁力。使永磁磁场在磁极内部自身平衡,对外表征为消磁,将与钢板平面脱离,磁极处于非磁力状态[6]。

1.主体2.横向杆3.气压缸4.活塞杆5.推板6.钢架7.推杆8.电控永磁块

1.壳体2.铷铁硼永磁体3.磁极块4.环氧树脂5.铝镍钴磁钢6.线圈

1.壳体2.铷铁硼永磁体3.磁极块4.环氧树脂5.铝镍钴磁钢6.线圈

3 具体动作过程

图1、2中当横向杆2运动到图示位置时,气压缸3中的压强增大,活塞杆4朝横向杆2方向运动,经推板5作用带动推杆7伸向横向杆2内部,直到电控永磁块8接触横向杆2的联结平面,此时给电控永磁块8通电,电控永磁块8产生磁性和横向杆2的联结平面结合在一起,此过程完成横向杆2与主体1的对接;图1、3中给电控永磁块8反向通电,电控永磁块8对外不表现磁性,活塞杆4向主体部分缩回,带动电控永磁块8与横向杆2的联结平面脱离,此过程完成横向杆2与主体1的脱开。

4 设计特点

本电永磁对接装置具有以下特点:(1)由传统的液压夹紧改为电控永磁夹紧,对接时会产生强大的结合力,对接可靠;(2)与传统的液压夹紧方式相比,本装置中活塞杆的行程缩小,使装置的体积得以减小,节约空间;(3)液压驱动改为气压驱动,锁紧楔块改为电控永磁块,结构变简单;(4)节约能源,电控永磁块中装有可正反向充磁的铝镍钴磁钢,通电后会产生强大的磁力,而且断电后磁力不会消弱,只有反向通电后磁力才会消失。

参考文献

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