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申请/专利权人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

摘要：本发明涉及空间力学模拟技术领域，尤其涉及一种多自由度联合的时变刚度基座系统，其中以连杆机构为基础的转动刚度模拟平台将来自柔性基座输入端的转动转化为平动并进行刚度调节；同时提供了基于弹簧、绳驱和片簧的三种不同的平动刚度模拟平台。将转动和平动刚度模拟平台叠放连接，组成可同时完成转动刚度和平动刚度调节的时变刚度基座系统，此系统能够在地面上模拟空间站大小臂组合时大臂在运动过程中多个自由度的实时刚度变化，并反作用于小臂，为研究大小臂共同运动下组合臂内发生的扰动运动规律奠定基础。

主权项：1.一种多自由度联合的时变刚度基座系统，包括柔性基座输入端和柔性基座盖板，其特征在于，还包括转动刚度模拟平台、第一平动刚度模拟平台和第二平动刚度模拟平台；其中，所述柔性基座输入端通过支撑台安装到所述柔性基座盖板的顶面；所述转动刚度模拟平台通过连接架固定在所述柔性基座盖板的底面，所述第一平动刚度模拟平台与所述转动刚度模拟平台连接，使第一平动刚度模拟平台实时控制柔性基座输入端的平动刚度；所述转动刚度模拟平台包括运动转换机构和转动变刚度机构和支撑底板；其中，支撑底板通过连接架固定在柔性基座盖板的底面，所述运动转换机构通过联轴器与所述柔性基座输入端连接，并安装在支撑底板上，用于将所述柔性基座输入端的转动转换为单一方向的平动；所述转动变刚度机构位于所述运动转换机构的上方，并通过支撑块安装在支撑底板上，通过实时控制所述转动变刚度机构对所述运动转换机构的预紧力，进而控制所述运动转换机构的运动刚度；第一平动刚度模拟平台包括第一平台支撑板、第一导轨组和第一平动变刚度机构，第一导轨组的承导件安装在第一平台支撑板上，第一导轨组的运动件与转动平台底板的底部固定连接，第一平动变刚度机构用于通过改变弹簧有效圈数的方式调节自身刚度，以改变柔性基座输入端一个水平方向的平动刚度；第二平动刚度模拟平台包括第二平台支撑板、第二导轨组和第二平动变刚度机构，第二导轨组的承导件安装在第二平台支撑板上，第二导轨组与第一导轨组正交布置，即两者的运动方向垂直，第二导轨组的运动件与第一平台支撑板的底部固定连接，第二平动变刚度机构用于通过改变弹簧有效圈数的方式调节自身刚度，以改变柔性基座输入端另一个水平方向的平动刚度；所述运动转换机构包括平动滑槽、第一滑块、转盘、第二滑块、直线轴承和轴承套；其中，所述直线轴承固定在所述支撑底板上，所述轴承套套装在所述直线轴承上；所述第二滑块装配在所述轴承套的内部，且所述平动滑槽的一端通过轴承装配在所述第二滑块的底部，使所述平动滑槽带动所述第二滑块在所述轴承套的内部移动；所述第一滑块装配在所述平动滑槽的内部，且所述第一滑块与通过轴承装配在所述支撑底板上的所述转盘固定连接；所述平动滑槽的另一端通过所述联轴器与所述柔性基座输入端相连，所述柔性基座输入端带动所述第一滑块在所述平动滑槽中沿所述转盘转动，进而使所述第二滑块带动所述轴承套沿所述直线轴承进行平动；所述转动变刚度机构包括气缸推杆、气缸、移动滑块、拉杆、拉簧、保持架和两组连杆，且每组连杆包括不少于两个连杆；其中，所述保持架为凹字形，且所述保持架的两侧通过所述支撑块安装在所述支撑底板上；所述气缸安装在所述保持架的底部，所述气缸推杆位于所述保持架的内部，所述气缸的输出端与所述气缸推杆固定相连；所述移动滑块、所述拉杆和所述拉簧的数量均为两个，且所述移动滑块装配在所述气缸推杆上；每组连杆对应一个移动滑块，且每组连杆分布在所述移动滑块的顶部和底部，位于所述移动滑块的顶部的连杆的一端通过轴承固定在所述移动滑块的顶部，另一端通过轴承安装在所述保持架中靠近所述移动滑块的一侧上；位于所述移动滑块的底部的连杆的一端通过轴承与所述移动滑块的底部连接，另一端通过轴承安装在所述拉杆上；每个拉杆的一端穿过所述保持架的一侧的通孔与同侧的连杆相连，每个拉杆的另一端与一个拉簧的一端相连，两个拉簧的另一端均固定在所述轴承套上，使所述气缸推动所述气缸推杆，使所述连杆带动所述拉杆实时控制所述拉簧的伸缩量，从而改变所述拉簧的预紧力，进而通过所述轴承套实时控制所述柔性基座输入端的转动刚度；所述第一平动变刚度机构包括顶锥座和两个变刚度调节单元，两个变刚度调节单元分别通过顶锥顶到所述顶锥座的两侧，所述顶锥座通过型材与所述支撑底板相连，使两个变刚度调节单元通过所述顶锥座和所述型材控制所述转动刚度模拟平台的平动刚度；两个变刚度调节单元均包括驱动电机、第一联轴器、滚珠花键、旋转轴、弹簧、台座、卡接件、轴承、轴套和端盖，所述驱动电机固定在所述第一平台支撑板上，所述驱动电机的输出轴通过所述第一联轴器与所述滚珠花键的花键轴连接，所述滚珠花键的法兰与所述旋转轴连接，所述轴套套装在所述旋转轴的端部，所述弹簧与所述轴承分别套装在所述轴套的两端，所述端盖套装在所述弹簧与所述轴承的外侧，在所述端盖上与所述顶锥座上分别形成有与所述顶锥配合的顶锥孔；所述台座包括T型底座和套筒，所述T型底座安装在所述第一平台支撑板上且与所述套筒固定连接，所述套筒套设在所述弹簧的外侧，所述卡接件与所述套筒固定连接，并卡入所述弹簧的内部，控制所述驱动电机的输出轴旋转，依次经所述第一联轴器、所述滚珠花键、所述旋转轴、所述轴套传递至所述弹簧，所述弹簧抵接所述卡接件沿径向旋转，改变有效圈数，实现所述端盖对所述顶锥座的时变刚度输出；第二平动刚度模拟平台与第一平动刚度模拟平台的结构一致。

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