CN102490914B - 可调控支承平台机构 - Google Patents

Abstract

可调控支承平台机构，它涉及一种支承平台机构。解决目前航天领域中无法实现宇航员在空间站舱外进行工作时可调整三个自由度且能够支承宇航员进行舱外作业的问题。第二滑轮固接在平板上，右脚踏板与第一绳铰接，第一绳与齿条连接，齿条与齿条轨道滑动配合，内齿圈的外齿与齿条啮合，套筒与第一棘爪铰接，第一棘爪与内齿圈啮合，第一蜗杆与第一蜗轮啮合，第一连杆与第二连杆铰接，第二连杆与杆架铰接，杆架与传动轴转动连接，杆件与第二箱体固接，第二棘爪和第三棘爪均铰接在杆架上，第二棘爪和第三棘爪分别与棘轮配合，第二棘爪和第三棘爪均与凸轮贴合，第二齿轮与第一齿轮啮合，蜗杆与蜗轮啮合；本发明用于宇航员在空间站舱外进行工作。

Description

可调控支承平台机构

技术领域

本发明涉及一种支承平台机构，是一种可用于空间站等载体外部的辅助作业的机械装置。

背景技术

宇航员在空间站舱外进行工作时，需要有能约束其位置的支承平台来辅助宇航员完成舱外作业，确定的位姿以保证其工作方便顺利地进行，并且在作业过程中宇航员可根据需要自行调整支承平台的位姿。因此，支承平台应配有由宇航员操控的可调位姿结构。便携式可调控支承平台机构能够由宇航员随身携带，安装在空间站舱外接口上，具有由航天员操控的横滚、偏航和俯仰三个自由度，能够支承宇航员进行舱外作业，并满足调整位姿要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可调控支承平台机构，以解决目前航天领域中无法实现宇航员在空间站舱外进行工作时可调整三个自由度且能够支承宇航员进行舱外作业的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述平台机构包括偏航关节、横滚关节和俯仰关节，偏航关节包括平板、左脚踏板、左踏板弹簧、第一箱体、第一蜗轮、第一连杆、齿条、齿条导轨、第一滑轮、第一传动机构、第一绳、右脚踏板、右踏板弹簧、第二滑轮、第一弹簧和第一蜗杆；

横滚关节包括第二连杆、杆架、第二棘爪、第三棘爪、棘轮、传动轴、杆件、凸轮、第二蜗杆、第一齿轮、支撑轴、第二蜗轮、第二齿轮和第二箱体；

俯仰关节包括支撑件、转动轴、第二绳、第二弹簧、顶杆与载荷限制器；

第一传动机构包括内齿圈、套筒、第一棘爪和连接轴，内齿圈的外壁上加工有多个外齿，左脚踏板和右脚踏板沿平板的中心轴线对称铰接在平板的下端面上，左踏板弹簧的一端与平板连接，左踏板弹簧的另一端与左脚踏板连接，右踏板弹簧的一端与平板连接，右踏板弹簧的另一端与右脚踏板连接，平板的底端面上与第一箱体固接且第一箱体位于左脚踏板和右脚踏板之间，第一蜗轮、齿条、齿条导轨、第一传动机构、第二滑轮、第一弹簧和第一蜗杆均设在第一箱体内，第二滑轮固接在平板上，右脚踏板与第一绳的一端铰接，第一绳的另一端依次绕过第一滑轮改变方向绕过第二滑轮后与齿条连接，齿条与齿条导轨滑动配合，齿条导轨装在第一箱体的内壁上，内齿圈的外齿与齿条啮合，内齿圈与套筒均装在第一蜗杆的一端，套筒通过连接轴与第一棘爪铰接，第一棘爪与内齿圈的内齿啮合，第一蜗杆与第一蜗轮啮合且第一蜗杆与第一箱体转动连接，第一弹簧的一端与齿条的顶端连接，第一弹簧的另一端与齿条导轨的顶端连接，第一蜗轮与第二箱体的顶端固接；

第二连杆、杆架、第二棘爪、第三棘爪、棘轮、传动轴、杆件、凸轮、第二蜗杆、第一齿轮、支撑轴、第二蜗轮和第二齿轮均设在第二箱体内，第一连杆的另一端与第二连杆铰接，第二连杆的另一端与杆架的一端铰接，杆架的另一端与传动轴转动连接，凸轮套装在传动轴且二者转动连接，杆件穿过凸轮且与第二箱体固接，第二棘爪的一端和第三棘爪的一端均铰接在杆架上且二者对称设置，第二棘爪的另一端和第三棘爪的另一端分别与棘轮配合，凸轮设在第二棘爪和第三棘爪之间且第二棘爪和第三棘爪均与凸轮贴合，棘轮和第二齿轮均装在传动轴上，第二齿轮与第一齿轮啮合，第一齿轮装在第二蜗杆上，第二蜗杆与第二蜗轮啮合，第二蜗杆的两端与第二箱体转动连接，第二蜗轮装在支撑轴上且蜗轮的底座固装在支撑件上，支撑轴的两端与第二箱体转动连接；

转动轴垂直穿过支撑件且二者转动连接，第二绳的一端缠绕在转动轴上，支撑件上设有圆柱形长孔，第二弹簧与顶杆均设在圆柱形长孔内且顶杆的一端顶靠在第二弹簧的一端上，第二弹簧的另一端顶靠在圆柱形长孔的内壁上，第二绳的另一端与顶杆的一端连接，顶杆的另一端与载荷限制器连接，载荷限制器与支撑件铰接且载荷限制器与顶杆的一端连接。

本发明具有以下有益效果：本发明采用三个转动关节独立运动来完成宇航员位姿的调整。可调控支承平台机构整体结构紧凑、简单可靠，携带方便，可安装于空间站机械臂末端或空间站舱外某一接口上，从而辅助完成各种复杂的任务。在工作过程中宇航员可根据实际需求自己通过左右的脚踏板方便地实现偏航和横滚位姿的调节，最重要的是这两个关节在规定的角度范围内都可实现无级调速，极大地方便了宇航员的操作。俯仰关节一般在出舱执行任务前会根据任务的性质实现调整到一个合适的角度，实现了实现宇航员在空间站舱外进行工作时可调整三个自由度且能够支承宇航员进行舱外作业，减轻了宇航员的操作负担，保证任务完成的顺利性。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图，图2是图1中A部视图的俯视图，图3是图1中B部视图的右视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式的平台机构包括偏航关节1、横滚关节2和俯仰关节3，偏航关节1包括平板1-1、左脚踏板1-2、左踏板弹簧1-3、第一箱体1-4、第一蜗轮1-5、第一连杆1-8、齿条1-9、齿条导轨1-10、第一滑轮1-11、第一传动机构1-12、第一绳1-13、右脚踏板1-14、右踏板弹簧1-15、第二滑轮1-16、第一弹簧1-17和第一蜗杆1-18；

横滚关节2包括第二连杆2-1、杆架2-2、第二棘爪2-3、第三棘爪2-4、棘轮2-5、传动轴2-6、杆件2-7、凸轮2-8、第二蜗杆2-9、第一齿轮2-10、支撑轴2-11、第二蜗轮2-12、第二齿轮2-13和第二箱体2-14；

俯仰关节3包括支撑件3-1、转动轴3-2、第二绳3-3、第二弹簧3-4、顶杆3-5与载荷限制器3-6；

第一传动机构1-12包括内齿圈1-12-1、套筒1-12-2、第一棘爪1-12-3和连接轴1-12-4，内齿圈1-12-1的外壁上加工有多个外齿，左脚踏板1-2和右脚踏板1-14沿平板1-1的中心轴线对称铰接在平板1-1的下端面上，左踏板弹簧1-3的一端与平板1-1连接，左踏板弹簧1-3的另一端与左脚踏板1-2连接，右踏板弹簧1-15的一端与平板1-1连接，右踏板弹簧1-15的另一端与右脚踏板1-14连接，平板1-1的底端面上与第一箱体1-4固接且第一箱体1-4位于左脚踏板1-2和右脚踏板1-14之间，第一蜗轮1-5、齿条1-9、齿条导轨1-10、第一传动机构1-12、第二滑轮1-16、第一弹簧1-17和第一蜗杆1-18均设在第一箱体1-4内，第二滑轮1-16固接在平板1-1上，右脚踏板1-14与第一绳1-13的一端铰接，第一绳1-13的另一端依次绕过第一滑轮1-11改变方向绕过第二滑轮1-16后与齿条1-9连接，齿条1-9与齿条导轨1-10滑动配合，齿条导轨1-10装在第一箱体1-4的内壁上，内齿圈1-12-1的外齿与齿条1-9啮合，内齿圈1-12-1与套筒1-12-2均装在第一蜗杆1-18的一端，套筒1-12-2通过连接轴1-12-4与第一棘爪1-12-3铰接，第一棘爪1-12-3与内齿圈1-12-1的内齿啮合，第一蜗杆1-18与第一蜗轮1-5啮合且第一蜗杆1-18与第一箱体1-4转动连接，第一弹簧1-17的一端与齿条1-9的顶端连接，第一弹簧1-17的另一端与齿条导轨1-10的顶端连接，第一蜗轮1-5与第二箱体2-14的顶端固接；

第二连杆2-1、杆架2-2、第二棘爪2-3、第三棘爪2-4、棘轮2-5、传动轴2-6、杆件2-7、凸轮2-8、第二蜗杆2-9、第一齿轮2-10、支撑轴2-11、第二蜗轮2-12和第二齿轮2-13均设在第二箱体2-14内，第一连杆1-8的另一端与第二连杆2-1铰接，第二连杆2-1的另一端与杆架2-2的一端铰接，杆架2-2的另一端与传动轴2-6转动连接，凸轮2-8套装在传动轴2-6且二者转动连接，杆件2-7穿过凸轮2-8且与第二箱体2-14固接，第二棘爪2-3的一端和第三棘爪2-4的一端均铰接在杆架2-2上且二者对称设置，第二棘爪2-3的另一端和第三棘爪2-4的另一端分别与棘轮2-5配合，凸轮2-8设在第二棘爪2-3和第三棘爪2-4之间且第二棘爪2-3和第三棘爪2-4均与凸轮2-8贴合，棘轮2-5和第二齿轮2-13均装在传动轴2-6上，第二齿轮2-13与第一齿轮2-10啮合，第一齿轮2-10装在第二蜗杆2-9上，第二蜗杆2-9与第二蜗轮2-12啮合，第二蜗杆2-9的两端与第二箱体2-14转动连接，第二蜗轮2-12装在支撑轴2-11上且蜗轮的底座固装在支撑件3-1上，支撑轴2-11的两端与第二箱体2-14转动连接；

转动轴3-2垂直穿过支撑件3-1且二者转动连接，第二绳3-3的一端缠绕在转动轴3-2上，支撑件3-1上设有圆柱形长孔3-1-1，第二弹簧3-4与顶杆3-5均设在圆柱形长孔3-1-1内且顶杆3-5的一端顶靠在第二弹簧3-4的一端上，第二弹簧3-4的另一端顶靠在圆柱形长孔3-1-1的内壁上，第二绳3-3的另一端与顶杆3-5的一端连接，顶杆3-5的另一端与载荷限制器3-6连接，载荷限制器3-6与支撑件3-1铰接且载荷限制器3-6与顶杆3-5的一端连接。

第一箱体1-4与第二箱体2-14之间设有推力球轴承1-6、深沟球轴承1-7。

具体实施方式二：结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的杆架2-2由斜杆2-2-1、水平杆2-2-2和竖直杆2-2-3依次首尾连接制成一体，斜杆2-2-1和水平杆2-2-2之间的角度为锐角，此结构的优点是将第一连杆1-8的竖直上下运动转变为竖直杆2-2-3的左右摆动，从而带动棘爪与棘轮发生作用。其它实施方式与具体实施方式一相同。

工作原理：偏航关节1通过向下踏动右脚踏板1-14带动第一绳1-13使得内齿圈1-12-1在齿条1-9的带动下绕第一蜗杆1-18旋转，同时由于内齿圈1-12-1与第一棘爪1-12-3形成的棘轮棘爪结构使得套筒1-12-2带动第一蜗杆1-18旋转，从而使得第一蜗杆1-18与第一蜗轮1-5的啮合动作开始。由于第一蜗轮1-5不动，因此第一蜗杆1-18带动第一箱体1-4及平板1-1做偏航运动；当松开右脚踏板1-14，由于棘轮棘爪运动的单向性使得齿条1-9在第一弹簧1-17的作用下恢复原位，准备下一步动作。伴随着宇航员踏下右脚踏板1-14的程度的不同，平板1-1偏航的角度也不同，从而实现单向的无级调速；

横滚关节2通过宇航员对左脚踏板1-2的踩下或拉升，使得第一连杆1-8通过第二连杆2-1实现杆架2-2的向左或向右摆动，在第二棘爪2-3或第三棘爪2-4和棘轮2-5的作用下使得传动轴2-6朝一个或另一个方向转动，从而通过第二齿轮2-13带动第一齿轮2-10并带动第二蜗杆2-9朝一个或另一个方向旋转与第二蜗轮2-12啮合；由于第二蜗轮2-12不动，第二蜗杆2-9带动第二箱体2-14绕支撑轴2-11沿着顺时针或逆时针旋转，使得平板1-1完成横滚动作；横滚动作也因宇航员踩踏或提升动作幅度的不同而可实现无级调速；其中凸轮2-8的作用是当一个棘爪动作完成后恢复初态的过程中将另一个棘爪顶起以免其顶住棘轮2-5发生卡死的现象；

俯仰关节3一般是在出舱前由宇航员根据实际需要调节，其通过宇航员逆时针转动转动轴3-2使得第二绳3-3缠绕在转动轴3-2上从而将顶杆3-5拉出载荷限制器3-6的销孔，当确定好适当角度后松手，顶杆3-5在第二弹簧3-4的作用下将载荷限制器3-6锁紧在一个新的位姿。

Claims (2)

1.一种可调控支承平台机构，其特征在于所述平台机构包括偏航关节（1）、横滚关节（2）和俯仰关节（3），偏航关节（1）包括平板（1-1）、左脚踏板（1-2）、左踏板弹簧（1-3）、第一箱体（1-4）、第一蜗轮（1-5）、第一连杆（1-8）、齿条（1-9）、齿条导轨（1-10）、第一滑轮（1-11）、第一传动机构（1-12）、第一绳（1-13）、右脚踏板（1-14）、右踏板弹簧（1-15）、第二滑轮（1-16）、第一弹簧（1-17）和第一蜗杆（1-18）；

横滚关节（2）包括第二连杆（2-1）、杆架（2-2）、第二棘爪（2-3）、第三棘爪（2-4）、棘轮（2-5）、传动轴（2-6）、杆件（2-7）、凸轮（2-8）、第二蜗杆（2-9）、第一齿轮（2-10）、支撑轴（2-11）、第二蜗轮（2-12）、第二齿轮（2-13）和第二箱体（2-14）；

俯仰关节（3）包括支撑件（3-1）、转动轴（3-2）、第二绳（3-3）、第二弹簧（3-4）、顶杆（3-5）与载荷限制器（3-6）；

第一传动机构（1-12）包括内齿圈（1-12-1）、套筒（1-12-2）、第一棘爪（1-12-3）和连接轴（1-12-4），内齿圈（1-12-1）的外壁上加工有多个外齿，左脚踏板（1-2）和右脚踏板（1-14）沿平板（1-1）的中心轴线对称铰接在平板（1-1）的下端面上，左踏板弹簧（1-3）的一端与平板（1-1）连接，左踏板弹簧（1-3）的另一端与左脚踏板（1-2）连接，右踏板弹簧（1-15）的一端与平板（1-1）连接，右踏板弹簧（1-15）的另一端与右脚踏板（1-14）连接，平板（1-1）的底端面上与第一箱体（1-4）固接且第一箱体（1-4）位于左脚踏板（1-2）和右脚踏板（1-14）之间，第一蜗轮（1-5）、齿条（1-9）、齿条导轨（1-10）、第一传动机构（1-12）、第二滑轮（1-16）、第一弹簧（1-17）和第一蜗杆（1-18）均设在第一箱体（1-4）内，第二滑轮（1-16）固接在平板（1-1）上，右脚踏板（1-14）与第一绳（1-13）的一端铰接，第一绳（1-13）的另一端绕过第一滑轮（1-11）改变方向绕过第二滑轮（1-16）再次改变方向后与齿条（1-9）连接，齿条（1-9）与齿条导轨（1-10）滑动配合，齿条导轨（1-10）装在第一箱体（1-4）的内壁上，内齿圈（1-12-1）的外齿与齿条（1-9）啮合，内齿圈（1-12-1）转动安装于第一蜗杆（1-18）的一端，套筒（1-12-2）固定安装于第一蜗杆（1-18）的一端，套筒（1-12-2）通过连接轴（1-12-4）与第一棘爪（1-12-3）铰接，第一棘爪（1-12-3）与内齿圈（1-12-1）的内齿啮合，第一蜗杆（1-18）与第一蜗轮（1-5）啮合且第一蜗杆（1-18）与第一箱体（1-4）转动连接，第一弹簧（1-17）的一端与齿条（1-9）的顶端连接，第一弹簧（1-17）的另一端与齿条导轨（1-10）的顶端连接，第一蜗轮（1-5）与第二箱体（2-14）的顶端固接；

第二连杆（2-1）、杆架（2-2）、第二棘爪（2-3）、第三棘爪（2-4）、棘轮（2-5）、传动轴（2-6）、杆件（2-7）、凸轮（2-8）、第二蜗杆（2-9）、第一齿轮（2-10）、支撑轴（2-11）、第二蜗轮（2-12）和第二齿轮（2-13）均设在第二箱体（2-14）内，第一连杆（1-8）的一端与左脚踏板（1-2）连接，第一杆（1-8）的另一端与第二连杆（2-1）铰接，第二连杆（2-1）的另一端与杆架（2-2）的一端铰接，杆架（2-2）的另一端与传动轴（2-6）转动连接，凸轮（2-8）套装在传动轴（2-6）且二者转动连接，杆件（2-7）穿过凸轮（2-8）且与第二箱体（2-14）固接，第二棘爪（2-3）的一端和第三棘爪（2-4）的一端均铰接在杆架（2-2）上且二者对称设置，第二棘爪（2-3）的另一端和第三棘爪（2-4）的另一端分别与棘轮（2-5）配合，凸轮（2-8）设在第二棘爪（2-3）和第三棘爪（2-4）之间且第二棘爪（2-3）和第三棘爪（2-4）均与凸轮（2-8）贴合，棘轮（2-5）和第二齿轮（2-13）均装在传动轴（2-6）上，第二齿轮（2-13）与第一齿轮（2-10）啮合，第一齿轮（2-10）装在第二蜗杆（2-9）上，第二蜗杆（2-9）与第二蜗轮（2-12）啮合，第二蜗杆（2-9）的两端与第二箱体（2-14）转动连接，第二蜗轮（2-12）装在支撑轴（2-11）上且蜗轮的底座固装在支撑件（3-1）上，支撑轴（2-11）的两端与第二箱体（2-14）转动连接；

转动轴（3-2）垂直穿过支撑件（3-1）且二者转动连接，第二绳（3-3）的一端缠绕在转动轴（3-2）上，支撑件（3-1）上设有圆柱形长孔（3-1-1），第二弹簧（3-4）与顶杆（3-5）均设在圆柱形长孔（3-1-1）内且顶杆（3-5）的一端顶靠在第二弹簧（3-4）的一端上，第二弹簧（3-4）的另一端顶靠在圆柱形长孔（3-1-1）的内壁上，第二绳（3-3）的另一端与顶杆（3-5）的一端连接，顶杆（3-5）的另一端与载荷限制器（3-6）连接，载荷限制器（3-6）与支撑件（3-1）铰接且载荷限制器（3-6）与顶杆（3-5）的一端连接。

2.根据权利要求1所述可调控支承平台机构，其特征在于杆架（2-2）由斜杆（2-2-1）、水平杆（2-2-2）和竖直杆（2-2-3）依次首尾连接制成一体，斜杆（2-2-1）和水平杆（2-2-2）之间的角度为锐角。

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