CN102937171A - 一种空间可折展支撑臂的驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种空间可折展支撑臂的驱动装置，它涉及一种驱动装置。本发明为了解决现有的可展开支撑臂驱动装置存在结构复杂、质量大、可靠性低和控制精度低的问题。本发明的齿轮同步带传动机构和支撑架并列设置，三组驱动丝杠分别可转动设置在齿轮同步带传动机构和支撑架的三个顶角处，每组驱动丝杠上套装有一组丝杠套筒，第一中间支撑三角框和第二中间支撑三角框均设置在三组丝杠套筒上，每组丝杠套筒上设有一组片弹簧限位组件，齿轮同步带传动机构和支撑架之间所组成的矩形平面内设有两组均布加强桁条，第二中间支撑三角框上靠近三角框顶角处分别设有一组支撑臂解锁结构。本发明用于空间站和空间探测器上。

Description

一种空间可折展支撑臂的驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动装置，具体涉及一种三棱柱单元构架式空间可折展支撑臂的驱动装置，属于航天领域中的一维空间可重复展开机构驱动装置。

背景技术

空间可展开结构在各类太空探索活动中以及空间站的建设中起着重要的作用，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。空间支撑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。空间支撑臂驱动装置用来实现支撑臂的展开和收拢，空间支撑臂驱动装置决定了支撑臂能否在空间顺利展开，是决定支撑臂能否正常工作的关键因素。如何设计使得空间支撑臂驱动装置结构简单、可靠性高已成为重要研究课题。可展开支撑臂驱动装置结构形式多种多样，主要包括：绳驱动装置、链条链轮驱动装置、带驱动装置、螺旋套筒驱动装置和丝杠驱动装置等。但绳驱动难以实现精确控制，误差较大；链条和螺旋套筒驱动，质量大，结构笨重，机构较多，可靠性低，加工成本大；带驱动，存在结构复杂的问题。

综上所述，现有的可展开支撑臂驱动装置存在结构复杂、质量大、可靠性低和控制精度低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的可展开支撑臂驱动装置存在结构复杂、质量大、可靠性低和控制精度低的问题。进而提供一种空间可折展支撑臂的驱动装置。

本发明的技术方案是：一种空间可折展支撑臂的驱动装置包括齿轮同步带传动机构、三组驱动丝杠、三组丝杠套筒、三组片弹簧限位组件、三组支撑臂解锁结构、六组均布加强桁条、第一中间支撑三角框、第二中间支撑三角框、多个蒙皮和支撑架，齿轮同步带传动机构和支撑架并列设置，且齿轮同步带传动机构和支撑架的三个顶角相互对应，三组驱动丝杠分别可转动设置在齿轮同步带传动机构和支撑架的三个顶角处，每组驱动丝杠上套装有一组丝杠套筒，第一中间支撑三角框和第二中间支撑三角框依次设置在三组丝杠套筒上，每组丝杠套筒上设有一组片弹簧限位组件，齿轮同步带传动机构和支撑架之间所组成的矩形平面内设有两组均布加强桁条，第二中间支撑三角框上靠近三角框顶角处分别设有一组支撑臂解锁结构。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1.本发明为空间可展开支撑臂驱动装置，它具有控制方便、结构简单、传动效率高、可靠性强、可维护性好、质量轻的特点，能够作为三棱柱单元构架式可展开支撑臂的驱动结构，在支撑臂处于折叠收拢状态，驱动装置可作为容纳折叠收拢桁架的收藏箱。

2.本发明中采用丝杠作为驱动元件，结构简单，所驱动的轴安装在轴承内，能够灵活转动，利用滚动摩擦代替滑动摩擦，提高了驱动效率。

3.本发明中采用片弹簧作为限位结构，减轻了结构质量，提高了系统可靠性。

4.本发明解锁结构简单，仅需两个斜面结构便可实现解锁和折叠，极大地降低了成本。

附图说明

图l是本发明的结构示意图，图2是图1的侧视图，图3是本发明的剖视图，图4是驱动装置的驱动丝杠与支撑臂的结构示意图，图5是驱动丝杠、片弹簧限位组件和蒙皮的仰视图，图6是片弹簧限位组件的结构示意图，图7是第一解锁过程示意图，图8是图7在A处的放大图，图9是第二解锁过程示意图，图10是图9在B处的放大图，图11是第三解锁过程示意图，图12是图11在C处的放大图，图13是第四解锁过程示意图，图14是图13在D处的放大图，图15是本发明工作状态下的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图15说明本实施方式，本实施方式的一种空间可折展支撑臂的驱动装置包括齿轮同步带传动机构1、三组驱动丝杠2、三组丝杠套筒3、三组片弹簧限位组件4、三组支撑臂解锁结构5、六组均布加强桁条6、第一中间支撑三角框7、第二中间支撑三角框8、多个蒙皮9和支撑架10，齿轮同步带传动机构1和支撑架10并列设置，且齿轮同步带传动机构1和支撑架10的三个顶角相互对应，三组驱动丝杠2分别可转动设置在齿轮同步带传动机构1和支撑架10的三个顶角处，每组驱动丝杠2上套装有一组丝杠套筒3，第一中间支撑三角框7和第二中间支撑三角框8均依次设置在三组丝杠套筒3上，每组丝杠套筒3上设有一组片弹簧限位组件4，齿轮同步带传动机构1和支撑架10之间所组成的矩形平面内设有两组均布加强桁条6，第二中间支撑三角框8上靠近三角框顶角处分别设有一组支撑臂解锁结构5。

本发明是用来驱动三棱柱单元构架式可展开支撑臂的，三棱柱单元构架式可展开支撑臂能够在三根丝杠的驱动下实现一维重复展开和收拢动作。

具体实施方式二：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的齿轮同步带传动机构1包括电机11、驱动齿轮12、从动齿轮13、齿轮箱体14、多个同步带轮15、三角形支架16、联轴器17和皮带18，齿轮箱体14设置在三角形支架16的上端，电机11设置在齿轮箱体14的外壁上，驱动齿轮12设置在齿轮箱体14内，且驱动齿轮12与电机11之间通过设置在齿轮箱体14内的联轴器17可转动连接，从动齿轮13套装在一组驱动丝杠2上，且从动齿轮13与驱动齿轮12相啮合，每组驱动丝杠2上均设有一个同步带轮15，且同步带轮15位于从动齿轮13与丝杠套筒3之间，多个同步带轮15之间通过皮带18带连接。如此设置，驱动操作简单，使用方便、快捷。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和图15说明本实施方式，本实施方式的齿轮同步带传动机构1还包括手柄19，传动轴穿设在齿轮箱体14内，并与驱动齿轮12固接，手柄19套装在所述传动轴上。如此设置，与电机的驱动相对应，可以根据具体的使用情况选择，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3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的套装在靠近齿轮同步带传动机构1的驱动丝杠2为光滑面。如此设置，光滑面能够作为容纳折叠收拢桁架的收藏箱。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，本实施方式的驱动丝杠2的牙型为梯形。如此设置，保证驱动丝杠2的牙型与三棱柱单元构架式可展开支撑臂的轴相配合。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、图3-6说明本实施方式，本实施方式每组片弹簧限位组件4均包括第一片弹簧限位件和第二片弹簧限位件，第一片弹簧限位件和第二片弹簧限位件均包括片簧4-1和固定片4-2，片簧4-1垂直并固定在固定片4-2的一端，第一片弹簧限位件的片簧4-1和第二片弹簧限位件的片簧4-1相对设置在丝杠套筒3上。如此设置，在三棱柱单元构架式可展开支撑臂未锁紧前，片弹簧限位组件4阻止三棱柱单元构架式可展开支撑臂的末端三角框进入丝杠2内；待三棱柱单元构架式可展开支撑臂完全展开且锁紧，三棱柱单元构架式可展开支撑臂末端三角框顶点的轴克服片弹簧限位组件4的阻力，通过片弹簧限位组件4并进入驱动丝杠2内的螺旋槽内。完成一个三棱柱单元构架式可展开支撑臂的展开并进入下一个单元展开动作。收拢时三角框顶点轴亦需克服片弹簧限位组件4的阻力，收拢至驱动丝杠2上的无螺纹部分，控制方便。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1、图7和图14说明本实施方式，本实施方式的每组支撑臂解锁结构5包括两个支撑臂解锁结构，两个支撑臂解锁结构分别相对设置在第二中间支撑三角框8的顶角处。如此设置，结构对称，便于与三棱柱单元构架式可展开支撑臂的水平轴相互配合。其它组成和连接关系与具体实施方式一或六相同。

具体实施方式八：结合图1、图7和图14说明本实施方式，本实施方式的每个支撑臂解锁结构均包括楔形块5-1和基座5-2，楔形块5-1的大端和基座5-2依次固定连接。如此设置，便于将三棱柱单元构架式可展开支撑臂的水平轴向上抬起，对可展开支撑臂进行解锁。其它组成和连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的驱动装置还包括多个底座20，三角形支架16和支撑架10的底端均设有多个底座20。如此设置，便于驱动装置的放置。其它组成和连接关系与具体实施方式八相同。

本发明的驱动结构包含手动和电动两种形式。电动的驱动源为电机，手动驱动源为手柄。通过驱动齿轮与从动齿轮的啮合作用，驱动其中一根丝杠转动。三根丝杠位于三角形的三个顶点位置，通过同步带轮的驱动，保证三根丝杠同步旋转。

支撑臂每个三角框的顶点处布置有可转动轴，该轴的端部轴段为圆锥结构，截面为梯形；驱动丝杠的截面亦为梯形，保证驱动丝杠的牙型与轴配合。轴在丝杠套筒提供的直线轨道上运动，丝杠旋转运动将转化为三角框的直线运动。

支撑臂的三角框顶点处内置轴承，轴可以转动，利用转动摩擦代替滑动摩擦，减小驱动丝杠与轴间的摩擦力。

支撑臂由多个三棱柱单元组成，每个单元通过棱边折叠臂内折实现折展，折叠臂铰接处布置有锁紧装置，以及对角拉索以提高刚度。支撑臂展开过程为驱动丝杠驱动支撑臂中某个三角框，待所对应的三棱柱单元完全展开且锁紧后，拉动下一个三棱柱单元继续展开，以此类推至支撑臂全部展开。

支撑臂展开过程中，为防止三棱柱单元末端三角框提前进入丝杠螺旋槽内，即三棱柱单元未完全展开锁紧便被拉入驱动丝杠螺旋槽内，在每根丝杠的入口处布置了片弹簧限位组件。在三棱柱单元未锁紧前，片弹簧限位组件阻止了单元末端三角框进入驱动丝杠2内；待三棱柱单元完全展开且锁紧，三棱柱单元末端三角框顶点轴克服片弹簧限位组件的阻力，通过片片弹簧限位组件并进入驱动丝杠螺旋槽。完成一个三棱柱单元的展开并进入下一个单元展开动作。收拢时三角框顶点轴亦需克服片弹簧限位组件的阻力，收拢至驱动丝杠无螺纹部分。支撑臂在收拢过程中，需将支撑臂每个三棱柱单元的折叠臂解锁折叠。在驱动丝杠的中间位置安装支撑臂解锁结构，支撑臂解锁结构由楔形块和基座组成，所述楔形块和基座为两个斜面，斜面与折叠臂的解锁轴相互作用，斜面所提供的竖直分力使解锁轴及锥销克服片弹簧限位组件的阻力并抬出锥孔，斜面所提供的水平分力使折叠臂向内折叠。

Claims (9)

1.一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：它包括齿轮同步带传动机构（1）、三组驱动丝杠（2）、三组丝杠套筒（3）、三组片弹簧限位组件（4）、三组支撑臂解锁结构（5）、六组均布加强桁条（6）、第一中间支撑三角框（7）、第二中间支撑三角框（8）、多个蒙皮（9）和支撑架（10），齿轮同步带传动机构（1）和支撑架（10）并列设置，且齿轮同步带传动机构（1）和支撑架（10）的三个顶角相互对应，三组驱动丝杠（2）分别可转动设置在齿轮同步带传动机构（1）和支撑架（10）的三个顶角处，每组驱动丝杠（2）上套装有一组丝杠套筒（3），第一中间支撑三角框（7）和第二中间支撑三角框（8）依次设置在三组丝杠套筒（2）上，每组丝杠套筒（3）上设有一组片弹簧限位组件（4），齿轮同步带传动机构（1）和支撑架（10）之间所组成的矩形平面内设有两组均布加强桁条（6），第二中间支撑三角框（8）上靠近三角框顶角处分别设有一组支撑臂解锁结构（5）。

2.根据权利要求1所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：所述齿轮同步带传动机构（1）包括电机（11）、驱动齿轮（12）、从动齿轮（13）、齿轮箱体（14）、多个同步带轮（15）、三角形支架（16）、联轴器（17）和皮带（18），齿轮箱体（14）设置在三角形支架（16）的上端，电机（11）设置在齿轮箱体（14）的外壁上，驱动齿轮（12）设置在齿轮箱体（14）内，且驱动齿轮（12）与电机（11）之间通过设置在齿轮箱体（14）内的联轴器（17）可转动连接，从动齿轮（13）套装在一组驱动丝杠（2）上，且从动齿轮（13）与驱动齿轮（12）相啮合，每组驱动丝杠（2）上均设有一个同步带轮（15），且同步带轮（15）位于从动齿轮（13）与丝杠套筒（3）之间，多个同步带轮（15）之间通过皮带（18）带连接。

3.根据权利要求2所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：所述齿轮同步带传动机构（1）还包括手柄（19），传动轴穿设在齿轮箱体（14）内，并与驱动齿轮（12）固接，手柄（19）套装在所述传动轴上。

4.根据权利要求3所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：靠近齿轮同步带传动机构（1）的驱动丝杠（2）为光滑面。

5.根据权利要求4所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：驱动丝杠（2）的牙型为梯形。

6.根据权利要求1或5所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：每组片弹簧限位组件（4）均包括第一片弹簧限位件和第二片弹簧限位件，第一片弹簧限位件和第二片弹簧限位件均包括片簧（4-1）和固定片（4-2），片簧（4-1）垂直并固定在固定片（4-2）的一端，第一片弹簧限位件的片簧（4-1）和第二片弹簧限位件的片簧（4-1）相对设置在丝杠套筒（3）上。

7.根据权利要求6所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：每组支撑臂解锁结构（5）包括两个支撑臂解锁结构，两个支撑臂解锁结构分别相对设置在第二中间支撑三角框（8）的顶角处。

8.根据权利要求7所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：每个支撑臂解锁结构均包括楔形块（5-1）和基座（5-2），楔形块（5-1）的大端和基座（5-2）依次固定连接。

9.根据权利要求1或8所述的一种空间可折展支撑臂的驱动装置，其特征在于：所述驱动装置还包括多个底座（20），三角形支架（16）和支撑架（10）的底端均设有多个底座（20）。

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