CN102923316A

CN102923316A - 三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂

Info

Publication number: CN102923316A
Application number: CN2012104645444A
Authority: CN
Inventors: 邓宗全; 单明贺; 刘荣强; 郭宏伟; 王岩
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-02-13

Abstract

三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂，它涉及一种可折展单元及由该可折展单元组成的支撑臂。本发明为了解决现有的铰接式支撑臂存在折叠体积大和重复展开精度低的问题。本发明可折展单元的上三角框和下三角框由上至下平行设置，上三角框和下三角框之间相对应的每个顶角处分别通过一根三棱柱折叠臂支撑并可转动连接，上三角框、下三角框和相邻两根三棱柱折叠臂之间所组成的矩形平面内对角处设有一组三棱柱拉索总成。每相邻两个三棱柱可折展单元之间通过一个过渡折展组件可转动连接。本发明的拉索组件克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了支撑臂的整体刚度和重复展开精度。本发明用于卫星、空间站和空间探测器上。

Description

三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂

技术领域

本发明涉及一种可折展单元及由该可折展单元组成的支撑臂，具体涉及一种三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂，属于航天领域中的一维空间可重复展开机构。

背景技术

在各类太空探索活动中以及空间站的建设中都离不开空间可展开结构，而空间伸展臂作为空间可展开结构中形式最为丰富、研究最早、应用最为广泛的一维空间展开机构扮演着重要的角色。空间伸展臂在各种太空探测活动中主要是用来展开柔性太阳能帆板；支撑可展开天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。随着太空探索、对地观测、海洋勘探和军事侦察等空间活动的迅猛发展以及未来复杂太空任务的需求，对大尺度、高精度、高刚度、超轻型结构的空间伸展臂的需求越来越迫切。

可展开支撑臂发展至今，其结构形式多种多样，其主要可分为四大类：薄壁管式支撑臂、套筒式支撑臂、盘绕式支撑臂、铰接式支撑臂。其中铰接式伸展臂具有高刚度、高承载能力，较高可靠性的特点，但现有的铰接式支撑臂存在折叠体积大和重复展开精度低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的铰接式支撑臂存在折叠体积大和重复展开精度低的问题。进而提供一种三棱柱可折展单元及由该可折展单元组成的可折展支撑臂。

本发明的技术方案是：三棱柱可折展单元包括上三角框、下三角框、三根三棱柱折叠臂和三组三棱柱拉索总成，上三角框和下三角框由上至下平行设置，且上三角框的三个顶点位置与下三角框的三个顶点位置相对应，上三角框和下三角框之间相对应的每个顶角处分别通过一根三棱柱折叠臂支撑并可转动连接，上三角框、下三角框和相邻两根三棱柱折叠臂之间所组成的矩形平面内对角处设有一组三棱柱拉索总成，在三棱柱可折展单元收拢过程中，单元水平转轴被抬起，带动单元锥销抬出锥孔，单元上折臂和单元下折臂向内折叠实现收拢。

本发明还提供了一种由三棱柱可折展单元组成的可折展支撑臂，它包括多个三棱柱可折展单元和多个过渡折展组件，每相邻两个三棱柱可折展单元之间通过一个过渡折展组件可转动连接，所述过渡折展组件包括三根过渡折叠臂和多个过渡拉索组件，三根过渡折叠臂分别支撑并可转动设置在上三角框和下三角框之间的顶角处，上三角框、下三角框和相邻两根三棱柱折叠臂之间所组成的矩形平面内对角处交叉设有两个过渡拉索组件。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明的整体结构对称，单元数量可以为若干个。2.本发明收拢后体积小，重量轻，收纳率高达28%，相对于国内一款索杆铰接式支撑臂提高了20%。3.本发明中加入了拉索组件，拉索组件克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了支撑臂的整体刚度和重复展开精度。4.本发明中折叠臂的锁紧采用锥销与锥孔配合锁紧，增加了刚度和可靠性，并消除了间隙。

附图说明

图1是三棱柱可折展单元的结构示意图，图2是折叠臂的结构示意图，图3是图2在B处的局部放大图，图4是拉索组件的结构示意图，图5是图4在C处的局部放大图，图6是可折展支撑臂的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种三棱柱可折展单元，它包括上三角框1、下三角框2、三根三棱柱折叠臂3和三组三棱柱拉索总成4，上三角框1和下三角框2由上至下平行设置，且上三角框1的三个顶点位置与下三角框2的三个顶点位置相对应，上三角框1和下三角框2之间相对应的每个顶角处分别通过一根三棱柱折叠臂3支撑并可转动连接，上三角框1、下三角框2和相邻两根三棱柱折叠臂3之间所组成的矩形平面内对角处设有一组三棱柱拉索总成4。

本实施方式的三棱柱可折展单元通过三根三棱柱折叠臂3向内折叠实现收拢。三组三棱柱拉索总成4起到提高桁架刚度的作用。

具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的三棱柱折叠臂3包括单元上折臂5、单元下折臂6、单元限位块7、单元弹簧8、单元锁架9、单元锁体10和单元锥销11，单元上折臂5和单元下折臂6的相邻端可转动连接，单元限位块7固装在单元上折臂5的下部，单元锁架9可转动设置在单元上折臂5上并位于单元限位块7的下端，单元弹簧8套装在单元锁架9上，单元锥销11固装在单元锁架9的下端，单元锁体10固装在单元下折臂6的上端，单元锁体10上开有与单元锥销11尺寸相匹配的锥孔。如此设置，折叠臂的锁紧采用锥销与锥孔配合锁紧，增加了刚度和可靠性，并消除了间隙。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的单元锁架9包括单元水平转轴12、单元竖直转轴13和单元“十”字连接块14，单元水平转轴12水平穿设在单元“十”字连接块14上，单元竖直转轴13竖直穿设在单元“十”字连接块14的上端，单元弹簧8套装在单元竖直转轴13上，单元锥销11固装在单元“十”字连接块14的下端。如此设置，使用方便、灵活。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的每组三棱柱拉索总成4包括两个拉索组件，两个拉索组件相互交叉并可转动设置在上三角框1和下三角框2的对角线上，每个三棱柱拉索总成4均包括单元第一管套15、单元第二管套16、单元拉锁17和两个单元铰接头18，单元第一管套15的一端与一个单元铰接头18连接，单元第一管套15的另一端可滑动套装在单元第二管套16的一端上，单元第二管套16的另一端与另一个单元铰接头18连接，单元拉锁17穿设在单元第一管套15和单元第二管套16的内腔中，且单元拉锁17的两端分别通过一个单元铰接头18固定。如此设置，克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了支撑臂的整体刚度和重复展开精度。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的单元拉锁17为柔性绳索或碳纤维绳。如此设置，便于保证重复展开精度。其它组成和连接关系与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的三棱柱可折展单元还包括转轴29，上三角框1的三个顶点处分别固装有一个转轴29。如此设置，用来驱动三棱柱展开和收拢。其它组成和连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式由三棱柱可折展单元组成的可折展支撑臂包括多个三棱柱可折展单元和多个过渡折展组件19，每相邻两个三棱柱可折展单元之间通过一个过渡折展组件19可转动连接，所述过渡折展组件19包括三根过渡折叠臂20和多个过渡拉索组件28，三根过渡折叠臂20分别支撑并可转动设置在上三角框1和下三角框2之间的顶角处，两个上三角框1和相邻两根三棱柱折叠臂3之间所组成的矩形平面内对角处交叉设有两个过渡拉索组件28。

本实施方式过渡拉索组件28的组成和连接关系与具体实施方式四或五相同。

具体实施方式八：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的过渡折叠臂20包括过渡上折臂21、过渡下折臂22、过渡限位块23、过渡弹簧24、过渡锁架25、过渡锁体26和过渡锥销27，过渡上折臂21和过渡下折臂22的相邻端可转动连接，过渡限位块23固装在过渡上折臂21的下部，过渡锁体26可转动设置在过渡上折臂21上并位于过渡限位块23的下端，过渡弹簧24套装在过渡锁架25上，过渡锥销27固装在过渡锁架25的下端，过渡锁体26固装在过渡下折臂22的上端，过渡锁体26上开有与过渡锥销27尺寸相匹配的锥孔。如此设置，折叠臂的锁紧采用锥销与锥孔配合锁紧，增加了刚度和可靠性，并消除了间隙。其它组成和连接关系与具体实施方式六相同。

本实施方式过渡锁体26的组成和连接关系与具体实施方式三相同。

本发明的三棱柱可折展单元通过三组折叠臂4向内折叠实现收拢。展开过程中，单元下折臂6上的斜面与单元锥销11顶部的圆弧处接触，并将克服单元弹簧8的弹簧力使单元锥销11向上抬起。当单元上折臂5与单元下折臂6展开呈竖直状态时，单元锥销11嵌入到单元下折臂6的锥孔中，实现锁紧。每个三棱柱可折展单元上安装有三组折叠臂4，保证了三棱柱可折展单元的刚度及重复展开精度。为防止拉索17在展开收拢过程中发生缠绕，将拉索17置于单元第一管套15和单元第二管套16中，单元第一管套15和单元第二管套16能够相对滑动。

Claims

1.一种三棱柱可折展单元，其特征在于：它包括上三角框（1）、下三角框（2）、三根三棱柱折叠臂（3）和三组三棱柱拉索总成（4），上三角框（1）和下三角框（2）由上至下平行设置，且上三角框（1）的三个顶点位置与下三角框（2）的三个顶点位置相对应，上三角框（1）和下三角框（2）之间相对应的每个顶角处分别通过一根三棱柱折叠臂（3）支撑并可转动连接，上三角框（1）、下三角框（2）和相邻两根三棱柱折叠臂（3）之间所组成的矩形平面内对角处设有一组三棱柱拉索总成（4）。

2.根据权利要求1所述的三棱柱可折展单元，其特征在于：所述三棱柱折叠臂（3）包括单元上折臂（5）、单元下折臂（6）、单元限位块（7）、单元弹簧（8）、单元锁架（9）、单元锁体（10）和单元锥销（11），单元上折臂（5）和单元下折臂（6）的相邻端可转动连接，单元限位块（7）固装在单元上折臂（5）的下部，单元锁架（9）可转动设置在单元上折臂（5）上并位于单元限位块（7）的下端，单元弹簧（8）套装在单元锁架（9）上，单元锥销（11）固装在单元锁架（9）的下端，单元锁体（10）固装在单元下折臂（6）的上端，单元锁体（10）上开有与单元锥销（11）尺寸相匹配的锥孔。

3.根据权利要求2所述的三棱柱可折展单元，其特征在于：所述单元锁架（9）包括单元水平转轴（12）、单元竖直转轴（13）和单元“十”字连接块（14），单元水平转轴（12）水平穿设在单元“十”字连接块（14）上，单元竖直转轴（13）竖直穿设在单元“十”字连接块（14）的上端，单元弹簧（8）套装在单元竖直转轴（13）上，单元锥销（11）固装在单元“十”字连接块（14）的下端。

4.根据权利要求3所述的三棱柱可折展单元，其特征在于：每组三棱柱拉索总成（4）包括两个拉索组件，两个拉索组件相互交叉并可转动设置在上三角框（1）和下三角框（2）的对角线上，每个三棱柱拉索总成（4）均包括单元第一管套（15）、单元第二管套（16）、单元拉锁（17）和两个单元铰接头（18），单元第一管套（15）的一端与一个单元铰接头（18）连接，单元第一管套（15）的另一端可滑动套装在单元第二管套（16）的一端上，单元第二管套（16）的另一端与另一个单元铰接头（18）连接，单元拉锁（17）穿设在单元第一管套（15）和单元第二管套（16）的内腔中，且单元拉锁（17）的两端分别通过一个单元铰接头（18）固定。

5.根据权利要求4所述的三棱柱可折展单元，其特征在于：所述单元拉锁（17）为柔性绳索或碳纤维绳。

6.根据权利要求5所述的三棱柱可折展单元，其特征在于：所述三棱柱可折展单元还包括转轴（29），上三角框（1）的三个顶点处分别固装有一个转轴（29）。

7.一种利用权利要求1、2、3、4、5或6中所述的三棱柱可折展单元组成的可折展支撑臂，其特征在于：它包括多个三棱柱可折展单元和多个过渡折展组件（19），每相邻两个三棱柱可折展单元之间通过一个过渡折展组件（19）可转动连接，所述过渡折展组件（19）包括三根过渡折叠臂（20）和多个过渡拉索组件（28），三根过渡折叠臂（20）分别支撑并可转动设置在上三角框（1）和下三角框（2）之间的顶角处，两个上三角框（1）和相邻两根三棱柱折叠臂（3）之间所组成的矩形平面内对角处交叉设有两个过渡拉索组件（28）。

8.根据权利要求7所述的三棱柱可折展单元组成的可折展支撑臂，其特征在于：所述过渡折叠臂（20）包括过渡上折臂（21）、过渡下折臂（22）、过渡限位块（23）、过渡弹簧（24）、过渡锁架（25）、过渡锁体（26）和过渡锥销（27），过渡上折臂（21）和过渡下折臂（22）的相邻端可转动连接，过渡限位块（23）固装在过渡上折臂（21）的下部，过渡锁体（26）可转动设置在过渡上折臂（21）上并位于过渡限位块（23）的下端，过渡弹簧（24）套装在过渡锁架（25）上，过渡锥销（27）固装在过渡锁架（25）的下端，过渡锁体（26）固装在过渡下折臂（22）的上端，过渡锁体（26）上开有与过渡锥销（27）尺寸相匹配的锥孔。