多方向微重力模拟回转器的制作方法

本实用新型属于空间生物学工程领域，特别涉及一种多方向微重力模拟回转器。

背景技术：

随着天宫二号空间实验室的建立，我国在载人航天科学领域取得了又一项重大突破，微重力科学研究迎来了崭新的发展阶段。由于空间生物学、医学研究的制约因素多、资金需求大、实验机会少，因此，研究地面模拟微重力器对于执行航天任务具有重要意义。同时，将机械化、电气化、自动化运用于微重力环境下生物科学的研究，即实现微重力装置的自动控制，可有效地提高实验的效率与准确度，对研究微重力环境下动植物的生长发育、细胞的生理生化反应以及对生物钟、生物节律的影响等，均有重要的现实意义。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种多方向微重力模拟回转器，实现在地面模拟微重力环境，并进一步实现对地面微重力模拟的自动控制。

为解决上述技术问题，本实用新型所提供的多方向微重力模拟回转器包括以实验箱作为转子的多轴陀螺仪，还包括用于驱动所述陀螺仪的每个旋转轴或旋转单体旋转的受控旋转驱动装置，所述实验箱用于盛装实验品。

在上述技术方案中，通过旋转驱动装置能够对多轴陀螺仪的各个旋转轴或者旋转单体进行主动驱动，使部分或全部旋转单体绕各自的旋转轴进行旋转，从而实验箱以及其内的实验品能够不停地进行旋转，且可以具有多个旋转自由度或旋转方向，因而重力相对于实验品的方向在连续地改变，实验品处于不断变化方向的重力场中。在适当转速下，实验品总是来不及对重力做出响应，从而达到在地面即可模拟微重力环境的目的。在以生物体或者其他生物研究对象为实验品的情况下，利用上述技术方案即可研究微重力条件下的生物效应，对重力敏感的生物体就表现出在微重力条件下的效应。

通过本实用新型的上述技术方案，能够使实验品进行多自由度旋转，并且旋转驱动装置的驱动作用是可控的，从而可在地面模拟出多样化的微重力环境，使实验品处于仿真效果不同的微重力环境中，所能达到的微重力模拟范围更广，有利于排除外界条件干扰，并且具有结构简洁、操作性强、稳定可靠等特点，是一种用于航天生物学研究的新型重要设备。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，还包括若干单片机，所述若干单片机用于控制各个旋转驱动装置的运行。利用单片机本身的处理和控制能力，通过单片机对旋转驱动装置的运行进行控制，可以达到对旋转驱动装置进行自动控制的效果，从而也就可以实现对实验箱或者实验品的运动参数等进行自动控制，既有利于实现预定条件下的微重力模拟，也有利于根据外界条件变化及时调节微重力模拟过程，从而进一步提高微重力模拟的操作便利性、准确性、稳定性和抗干扰性。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，该多方向微重力模拟回转器还包括遥控装置，所述遥控装置包括遥控器与遥控接收模块，所述遥控器用于选择调整每个旋转轴或旋转单体的旋转状态，所述遥控接收模块接收所述遥控器的信号并传输至所述单片机，从而实现对实验箱和实验品运动状态的遥控。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述遥控器具有显示单元，用于显示所选择的转动状态对应的包括转速在内的信息，使得对实验箱和实验品运动的调节能够直观的进行展现，并且能够为旋转状态的调节提供参考。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，该多方向微重力模拟回转器还包括温度检测部分，所述温度检测部分包括温度检测模块、单片机和温度显示模块，所述温度检测模块用于检测环境温度，所述单片机控制所述温度显示模块显示温度检测数据。由于生物、医学实验常考虑温度条件，通过温度检测部分可以实时感知环境温度，进而为微重力模拟实验的其他参数(例如转速)的选择调节提供参考。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述回转器上设置有用于选择调整各个旋转轴或旋转单体的旋转状态的按键，按键与上述的单片机或者其他用于控制旋转驱动装置运行的部件(例如旋转驱动装置自身的控制部件)连接。通过按键即可方便的调节各个旋转驱动装置的运行，进而能够选择调整各个旋转轴或旋转单体的旋转运动状态，最终能够选择调整实验箱和实验品的运动状态。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，该多方向微重力模拟回转器还包括若干显示模块，所述显示模块用于显示所述旋转驱动装置的旋转信息，使得各个旋转轴或旋转单体的运动能够直观的进行展现，并且能够为旋转状态的调节提供参考。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述多轴陀螺仪采用三角桁架底座。三角桁架底座具有很高的稳定性，可降低实验过程中出现的震动、摇晃现象，进一步提高微重力模拟的操作便利性、准确性、稳定性和抗干扰性。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述旋转轴、旋转单体或实验箱的旋转状态包括正转、反转、急停、加速、减速，具有选择和调整多样化特点，更有利于使实验箱和实验品达到合适的旋转状态。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施方式中回转器的结构示意图。

图2是本实用新型第一种实施方式中实验箱的内部视图。

图3是本实用新型第一种实施方式的框架示意图。

图4是本实用新型第二种实施方式的框架示意图。

图5是本实用新型第三种实施方式的框架示意图。

图中：1，外旋转单体；2，内旋转单体；3，第一电机；4，第二电机；5，底座；6，试管；7，试管夹；8，第一单片机；9，第二单片机；10，第一显示模块；11，第二显示模块；12，遥控器；13，遥控接收模块；14，温度检测模块；15，第四单片机；16，温度显示模块。

具体实施方式

参考图1，本文所给出的实施方式中的多方向微重力模拟回转器包括以实验箱作为转子的双轴陀螺仪，即陀螺仪包括一个矩形外旋转单体1和内旋转单体2(转子)，其中内旋转单体2即为实验箱。外旋转单体1的一对相对边分别通过转轴(以下称为第一转轴)安装在三角桁架底座5上，使得外旋转单体1可以通过第一转轴相对于底座5实现自转，即自转时外旋转单体1和第一转轴一起转动，转动轴即为第一转轴。实验箱的一对相对面分别通过转轴(以下称为第二转轴)安装在外旋转单体1的另一对相对边上，使得实验箱既可以随外旋转单体1旋转，同时又可以通过第二转轴相对于外旋转单体1实现自转，即自转时实验箱和第二转轴一起转动，转动轴即为第二转轴。第一转轴和第二转轴是正交的。第一转轴配置有用于驱动其转动的旋转驱动装置，本实施方式中为第一电机3，第二转轴配置有用于驱动其转动的旋转驱动装置，本实施方式中为第二电机4。通过调控第一电机3可控制外框架的旋转状态，通过调控第二电机4可控制内框架的旋转状态。

参考图2，实验箱内装有若干试管6，试管6通过试管夹7固定，试管6内装有实验品，例如生物体样品。

参考图3，该多方向微重力模拟回转器还包括若干单片机，其中第一电机3连接有第一单片机8，第二电机4连接有第二单片机9。通过第一单片机8可以控制第一电机3的运转状态，通过第二单片机9可以控制第二电机4的运转状态。第一单片机8还连接有第一显示模块10，第二单片机9连接有第二显示模块11，在第一单片机8和第二单片机9的控制下，第一电机3和第二电机4的包括转速在内的信息分别通过第一显示模块10和第二显示模块11进行显示。第一单片机8和第二单片机9还连接有若干按键，通过按键可以选择调整第一电机3和第二电机4的运转状态。本实施方式中，第一电机3和第二电机4的运转状态包括：正转、反转、急停、加速以及减速。回转器上可以设置专门的区域来安装第一单片机8、第二单片机9、第一显示模块10、第二显示模块11、按键，例如在底座5上安装这些部件。

该多方向微重力模拟回转器是按如下的方式工作的：通过第一单片机8和第二单片机9控制第一电机3和第二电机4的运转状态，使得外旋转单体1和内旋转单体2旋转，从而使实验箱内的实验品不停旋转，且具有多个旋转方向，因而重力相对于实验品的方向在连续地改变，实验品处于方向不断变化的重力场中。在适当转速下，实验品总是来不及对重力做出响应，从而达到在地面即可模拟微重力环境的目的，对重力敏感的生物体就表现出在微重力条件下的效应。由于旋转驱动装置的驱动作用是可控的，且具有多个旋转方向，因而能够使实验品处于仿真效果不同的多样化的微重力环境中，所能达到的微重力模拟范围更广，并有利于排除外界条件干扰。

图4示出了本实用新型的第二种实施方式，其是在第一种实施方式的基础上，该回转器还包括遥控装置，遥控装置包括遥控器12与遥控接收模块13，遥控器12包括遥控控制电路、红外发射电路，遥控控制电路中具有第三单片机，第三单片机与遥控器12的按键以及红外发射电路连接，通过遥控器12的按键可以选择调整每个旋转轴或旋转单体的旋转状态，即选择调整第一电机3和第二电机4的运转状态。遥控接收模块13与第一单片机8和第二单片机9连接，用于接收遥控器12的选择调整信号并传输至第一单片机8或第二单片机9，进而控制第一电机3和第二电机4按照所选择的运转状态运行，从而实现对实验箱和实验品运动状态的遥控。

进一步，遥控器12具有与第三单片机连接的显示单元，当通过遥控器12选择第一电机3和第二电机4的运转状态后，在第三单片机的控制下，所选择的运转状态对应的转速经过遥控器12内的译码器(与第三单片机连接)译码后通过显示单元进行显示。

图5示出了本实用新型的第三种实施方式，其是在第一种实施方式的基础上，该回转器还包括温度检测部分，温度检测部分包括温度检测模块14、第四单片机15和温度显示模块16，温度检测模块14和温度显示模块16分别与第四单片机15连接，温度显示模块16可以设置在底座5上。温度检测模块14用于检测环境温度，第四单片机15控制温度显示模块16显示温度检测数据。

进一步，第四单片机15可以和第一单片机8和第二单片机9连接，根据温度检测数据和预设程序使得第四单片机15向第一单片机8和第二单片机9发送指令，进而由第一单片机8和第二单片机9控制第一电机3和第二电机4的运转状态。

第三种实施方式相对于第一种实施方式的区别点同样适用于第二种实施方式。

本实用新型不限于上述实施方式，例如，可通过由电阻、电桥、示波器等元件组成的比较器设置过零点检测电路，以识别电源电压过零点。当电源电压由正半周至负半周过零时，比较器由0跳变至1；反之，则由1跳变至0，通过比较器的输出向单片机申请中断。第一单片机8和第二单片机9设置于零点检测电路中，使第一单片机8和第二单片机9对第一电机3和第二电机4电源的控制信号与第一电机3和第二电机4电源保持同步。另外，还可以将回转器设计成三轴陀螺仪，从而包括三个旋转单体，最内的旋转单体为实验箱(转子)，从而旋转方向更多。此外，上述的各部件或模块之间的连接可以根据需要采用有线或者无线连接，并可根据需要加装相应的无线连接模块。