CN102530271A - 用于可展开立体结构的调节式转矩动作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动作装置，特别是用于可展开立体结构的调节式转矩动作系统，其包括两个大致平行的卷绕圆柱体；至少一个纵向联接元件，其能够维持卷绕圆柱体之间的预定的距离并且绕卷绕圆柱体缠绕，联接元件因此具有位于卷绕圆柱体之间的交叉点；以及至少两个可挠曲齿条，其中在每个卷绕圆柱体上固定一个可挠曲齿条，可挠曲齿条布置成彼此相向并具有接触点，在联接元件的作用下预应力施加至可挠曲齿条的接触点。根据本发明的系统特征在于可挠曲齿条是螺线形的，螺线形设置成两个螺线形可挠曲齿条之间的接触点相对于联接元件的交叉点偏置，接触点和交叉点并非在与卷绕圆柱体的旋转轴平行的单个轴线上对正，从而取决于接触点与交叉点之间的距离的转矩施加至接触点，转矩能够使得可挠曲齿条往复旋转。

Description

用于可展开立体结构的调节式转矩动作系统

技术领域

本发明涉及用于展开诸如天线或太阳能发电机的立体构件的机构的领域。

背景技术

这些机构包括大体上利用扭簧、盘簧或Carpentier-joint(卡氏接头)机械部件的铰接线材，使得可以抵消阻抗转矩并且确保产生使得构件完全展开所需的转矩所要求的余量。

在本文中，已知的动作部件提供可调的或可变的动作转矩，其造成了过机动并且影响了完全展开。

这些影响可以是显著的并且对完全展开的立体/三维空间(spatial)构件造成损害，并且造成对空间飞行器的航行有害的寄生转矩。为了避免这种问题，可展开的结构被尺寸化并被加强以使得其能够抵抗在结构展开过程中产生的行程终端冲击(end-of-travel impact)，但是这种技术方案并不是令人满意的，并且显著地增加了结构的总重量。

特殊的发展已经导致了开发具有接近零阻抗转矩的展开机构。这种机构、例如专利公开文献FR2635077中公开的铰接线材具有需要受限的动作功率以及最小化行程终端冲击的优点。通过在质量与体积方面对前述机构进行显著改进已经开发出其它机构。这种展开机构在专利公开文献FR0605653中公开。

然而，这些用于展开立体构件的铰接机构具有现有技术中无法解决的不同的缺陷。

首先，这些诸如专利公开文献FR2635077和FR0605653中所公开的现有的机构具有180°的最大展开角度。此外，所述机构的总动力(overall kinetics)由于所述机构的结构而产生非常不规则的动作转矩。最后，正如所述，现有的展开机构的展开速度造成了行程终端能量释放并且因此造成冲击，这是因为所述展开速度没有被控制。

发明内容

本发明的一个目的显然在于消除前述缺点。因而，为了利用尺寸不过大且仅仅造成非常最小化的展开终端冲击的动作机构而展开超过180°，本发明提出了基于使用两个螺线形可挠曲齿条的动作系统(motorisation system)，其中所述两个可挠曲齿条能够相对旋转并且设置成产生施加在两个可挠曲齿条之间的接触点上的转矩。

更具体地，本发明涉及一种动作装置(motorisation device)，其包括两个大致平行的卷绕圆柱体；至少一个纵向联接元件，其中所述联接元件能够维持所述卷绕圆柱体之间的预定的距离并且绕所述卷绕圆柱体缠绕，所述联接元件因此具有位于所述卷绕圆柱体之间的交叉点，所述动作装置还包括至少两个可挠曲齿条，其中在每个卷绕圆柱体上固定一个可挠曲齿条，所述可挠曲齿条布置成彼此相向并具有接触点，在所述联接元件的作用下，预应力被施加至所述可挠曲齿条的接触点；根据发明的动作装置其特征在于，所述可挠曲齿条是螺线形的，所述螺线形设置成所述两个螺线形可挠曲齿条之间的接触点相对于所述联接元件的所述交叉点偏置，所述接触点和所述交叉点并非在与所述卷绕圆柱体的旋转轴平行的单个轴线上对正，从而取决于所述接触点与所述交叉点之间的距离的转矩被施加至所述接触点，所述转矩能够使得所述可挠曲齿条往复旋转。

有利地，所述螺线形设置成所述可挠曲齿条的接触点与所述联接元件的交叉点之间的距离等于一预定的值，并且所述可挠曲齿条的弹性与刚度被构造成控制在所述可挠曲齿条之间的接触点上施加的所述转矩。

在一具体实施例中，所述转矩是恒定的。

在另一实施例中，所述转矩是变化的。

有利地，所述联接元件能够由两个柔性卷绕带形成。

有利地，所述联接元件可选地能够由一组缆线形成。

有利地，根据本发明的动作装置包括行程终端止挡件。

有利地，根据本发明的动作装置包括单向止挡件。

有利地，所述可挠曲齿条具有变化的横截面。

附图说明

在相对于附图以下提供的说明书中记载了本发明的其它特征和优点，其中：

图1a示出了现有的Carpentier-joint展开机构，其处于收闭位置；

图1b示出了现有的Carpentier-joint展开机构，其处于展开位置；

图2示出了根据本发明的处于收闭与展开位置的动作系统的视图；

图3a和3b示出了根据本发明的动作系统的可挠曲齿条的螺线形状的实例；

图3c和3d是两个视图，示出了根据本发明的动作系统的可挠曲齿条，其承受不同的预应力；

图4示出了根据本发明的装配有行程末端止挡件的动作系统；

图5示出了具有剖面可变的弯卷齿条的根据本发明的装置的实施例。

具体实施方式

图1是已知的Carpentier-joint动作系统的实例的视图，其与专利申请FR0605653的启示相对应地设置到一展开机构中。卷绕圆柱体1a、1b大致是平行的并且通过卷绕带3或通过诸如线缆的任何其它合适的元件被保持就位置，其中所述卷绕带或所述诸如线缆的任何其它合适的元件绕所述卷绕圆柱体1a、1b以8字形的方式卷绕。部分圆形的可挠曲齿条2a、2b分别与每个相应的卷绕圆柱体1a、1b相连并且布置成包围每个相应的卷绕圆柱体1a、1b。可挠曲齿条2a、2b布置成彼此相向并彼此接触。卷绕带3使得预应力施加至可挠曲齿条2a、2b之间的接触点。由于卷绕圆柱体1a、1b和卷绕齿条2a、2b的圆形几何形状，所以所述可挠曲齿条之间的接触点与所述卷绕带3的交叉点在这两个卷绕圆柱体1a、1b的旋转轴之间的等距纵向轴线上对正。诸如太阳能电池GS的构件安设这丝每个卷绕圆柱体/可挠曲齿条单元1a-2a/1b-2b。

正如已知，卡氏接头10是一种具有弯曲横截面的薄金属片，其被用作为动作弹簧(motorisation spring)。此外，卡氏接头10提供了在打开时维持一定程度的刚度的优点。在图1a中，卡氏接头10关闭并且装置处于收闭位置。在图1b中，卡氏接头10打开并且装置处于展开位置。

如上所述并如图1b所示，这种类型的卡氏接头动作的主要不足之处在于，由于所述卡氏接头10在铰链上布置，所以存在展开角度限制。

图2示出了本发明的原理。铰链的结构与如图1a至1b所示的类似。可挠曲(弹性)齿条(tracks)20a、20b分别与每个相应的卷绕圆柱体1a、1b相连。根据本发明的用于展开机构的动作系统的新颖思路是基于由螺线形可挠曲齿条组成的可挠曲齿条20a、20b。针对于图1a、1b所示的可挠曲齿条1a、1b而言，本发明的可挠曲齿条20a、20b具有这种专门的螺线形状，这使得可挠曲齿条20a、20b之间的接触点P相对于卷绕带3的交叉点C偏置。接触点P和交叉点C并不位于与卷绕圆柱体1a、1b的旋转轴平行的同一轴线上。接触点P相对于交叉点C的这种偏置距离D使得由卷绕带3引起的施加至接触点P的预应力偏置。因此，在接触点P与交叉点C之间产生转矩R，其使得可挠曲齿条20a、20b旋转。可挠曲齿条20a、20b由于其螺线形状而导致的往复旋转使得卷绕圆柱体之间的中心至中心距离发生变化，该中心至中心距离从关闭位置C的距离E改变至打开位置O的距离E′。

转矩R能够根据与可挠曲齿条20a、20b的螺线形状以及尤其弹性和硬度的物理特性有关的选择而构造。为了增加在可挠曲齿条上施加的转矩R，可以如图3a所示通过产生具有大打开角度的螺线形状而增加接触点P相对于交叉点C的偏置量；或者可以如图3b所示通过产生更硬的可挠曲齿条而增加在接触点P上施加的力。为了增加在接触点C处施加的力，还可以加大可挠曲齿条20a、20b的收闭。图3c、3d示出了承受预应力F的可挠曲齿条20a以及与可挠曲齿条20a对应的但未承受任何预应力的可挠曲齿条20a′。可挠曲齿条20a的收闭在图3c中的情况大于在图3d中的情况，从而施加至接触点C的力在图3c的结构中更大。

为了在展开的过程中产生恒定的转矩R，阿基米德螺线是优选的。

本发明还提供了为了补偿由铰链外的元件所造成的特定可变摩擦转矩而调整机械转矩R的可能性。这些元件通常是在两个太阳能发电面板GS之间输电的电缆束。这使得在整个展开过程中实现接近恒定的动作余量。动作规格然后严格根据所需而被调整。

根据本发明的实施例，该系统包括如图4所示的行程终端止挡件B，其使得系统的打开处于合适的位置。

明显地，所述打开的角度可以大于180°。

根据如图5所示的具体实施例，为了补偿动作系统打开的过程中出现的偏差量D的变化，设置一专门的系统。这种补偿系统将限制可挠曲齿条20a、20b的收闭。实际上，卷绕带3沿其轴线是非常刚性的。可调节的(scalable)卷绕齿条1a和1b的采用使得在铰链打开的过程中可挠曲齿条20a和20b更加靠近在一起。这些卷绕齿条1a和1b的剖面根据螺线形可挠曲齿条20a和20b的剖面而被确定，从而确保所述可挠曲齿条20a、20b的收闭以及所产生的转矩。卷绕带3因而在收闭位置被卷绕到具有小直径(如图5所示半径r)的卷绕齿条1a和1b上，并且然后在展开位置被卷绕到具有大直径(如图5所示半径R)的卷绕齿条1a和1b上。这种布局使得可以减小两个卷绕齿条1a和1b与可挠曲齿条20a和20b之间的中心至中心距离(从E改变至E′)。

图5因而示出了使得实现恒定转矩的卷绕齿条1a和1b的实例。

总之，本发明的基本优点在于提出一种针对立体构件的展开机构的自动化动作系统技术方案。根据本发明的动作系统提供了超过180°的角度能力。因此，本发明使得可以控制用于打开展开机构所产生的转矩。所产生的转矩还可以针对与动作对抗的阻抗转矩的函数严格要求的动作而被调整。一种试样应用可以是恒定的机械转矩。

根据本发明的系统还具有机械简化的优点，这是因为该系统具有较少的部件，确保了特定的组装简化。最后，可挠曲齿条以螺线形状设置导致了小接触表面以及因而导致了最小化摩擦，这意味着动作系统不必尺寸过大并且行程终端冲击的危险降低。

Claims (9)

1.一种动作装置，其包括两个大致平行的卷绕圆柱体(1a、1b)；至少一个纵向联接元件(3)，其中所述联接元件(3)能够维持所述卷绕圆柱体(1a、1b)之间的预定的距离并且绕所述卷绕圆柱体(1a、1b)缠绕，所述联接元件(3)因此具有位于所述卷绕圆柱体(1a、1b)之间的交叉点(C)；以及至少两个可挠曲齿条(20a、20b)，其中在每个卷绕圆柱体(20a、20b)上固定一个可挠曲齿条(20a、20b)，所述可挠曲齿条(20a、20b)布置成彼此相向并具有接触点(P)，在所述联接元件(3)的作用下，预应力被施加至所述可挠曲齿条(20a、20b)的接触点(P)，其特征在于，所述可挠曲齿条(20a、20b)是螺线形的，所述螺线形设置成所述两个螺线形可挠曲齿条(20a、20b)之间的接触点(P)相对于所述联接元件(3)的交叉点(C)偏置，所述接触点(P)和所述交叉点(C)并非在与所述卷绕圆柱体(1a、1b)的旋转轴平行的单个轴线上对正，从而取决于所述接触点(P)与所述交叉点(C)之间的距离(D)的转矩(R)被施加至所述接触点(P)，所述转矩(R)能够使得所述可挠曲齿条(20a、20b)往复旋转。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述螺线形设置成所述可挠曲齿条(20a、20b)的接触点(P)与所述联接元件(3)的交叉点(C)之间的距离(D)等于一预定的值，并且所述可挠曲齿条(20a、20b)的弹性与刚度以控制在所述可挠曲齿条(20a、20b)之间的接触点(P)上施加的所述转矩(R)的方式被构造。

3.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，所述转矩(R)是恒定的。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述转矩(R)是变化的。

5.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，所述联接元件(3)包括两个柔性卷绕带。

6.根据权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，所述联接元件(3)包括一组缆线。

7.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，所述装置包括行程终端止挡件(B)。

8.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，所述装置包括单向止挡件。

9.根据前述权利要求任一所述的装置，其特征在于，所述可挠曲齿条(20a、20b)具有变化的横截面。

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