CN103587727B - 一种自限位四连杆空间机构 - Google Patents

一种自限位四连杆空间机构 Download PDF

Info

Publication number
CN103587727B
CN103587727B CN201310485450.XA CN201310485450A CN103587727B CN 103587727 B CN103587727 B CN 103587727B CN 201310485450 A CN201310485450 A CN 201310485450A CN 103587727 B CN103587727 B CN 103587727B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lower shake
upper rocker
arm
rocker arm
hinge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310485450.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN103587727A (zh
Inventor
贾磊
王悦
姚世东
张庆利
穆星科
迟令宝
彭波
孔文秦
彭小波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Original Assignee
China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Launch Vehicle Technology CALT filed Critical China Academy of Launch Vehicle Technology CALT
Priority to CN201310485450.XA priority Critical patent/CN103587727B/zh
Publication of CN103587727A publication Critical patent/CN103587727A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103587727B publication Critical patent/CN103587727B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Jib Cranes (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

一种自限位四连杆空间机构，包括上摇臂（1）、下摇臂（2）、前臂（3）、基座（4）、弹簧片（5）和电机驱动单元（6），前臂（3）的一端固定有效载荷（7），前臂（3）的另一端与上摇臂（1）一端铰接形成第一铰接点，前臂（3）的另一端还与下摇臂（2）的一端铰接形成第二铰接点。上摇臂（1）的另一端与基座（4）铰接形成第三铰接点，同时下摇臂（2）的另一端也与基座（4）铰接并形成第四铰接点，四个铰接点的连线构成一个封闭的四边形。基座（4）固定安装在飞行器结构（8）上，电机驱动单元（6）驱动下摇臂（2）绕第四铰接点转动，弹簧片（5）固定安装在下摇臂（2）两侧实现上摇臂（1）和下摇臂（2）在极限位置的锁紧。

Description

一种自限位四连杆空间机构
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种四连杆空间机构，用于完成有效载荷从舱内定向转移至舱外的动作。
背景技术
空间飞行器在轨运行过程中，一般会在有效载荷舱内装载一定数量的有效载荷执行空间任务，如太阳电池阵、探测雷达、摄像设备等。在飞行器舱门打开之前，有效载荷需要在舱内保持固定；在飞行器舱门打开后，需要将有效载荷从舱内转移至舱外，使有效载荷保持适当姿态，执行在轨任务。
目前有效载荷的转移多采用多关节电机驱动机械臂方案，有效载荷的固定需另外设置限位锁紧装置。在有效载荷需要转移时，限位锁紧装置首先打开，然后多个关节电机启动，实现有效载荷的舱外转移动作。由于需要多个关节电机联合工作，还需要额外设计限位锁紧装置，因此传动环节多，结构复杂，可靠性较低。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自限位四连杆空间机构，主要解决有效载荷的舱内固定、转移和舱外固定问题，保证有效载荷能够承受飞行器发射、飞行、返回过程中的载荷不被损坏，同时能够在飞行器在轨飞行时完成正常工作。
本发明的技术解决方案是：一种自限位四连杆空间机构，包括上摇臂、下摇臂、前臂、基座、弹簧片和电机驱动单元，上摇臂上设有零位限位卡槽和工作限位卡槽，弹簧片固定安装在下摇臂的两侧，前臂的一端固定连接有效载荷，上摇臂和下摇臂在空间上上下布置，前臂的另一端与上摇臂的一端铰接形成第一铰接点，同时前臂的另一端还与下摇臂的一端铰接，形成第二铰接点；上摇臂的另一端与基座铰接形成第三铰接点，同时下摇臂的另一端也与基座铰接并形成第四铰接点，四个铰接点的连线构成一个封闭的四边形；基座固定安装在飞行器结构上，电机驱动单元驱动下摇臂绕第四铰接点转动；有效载荷在飞行器舱内固定时，前臂的轴线与上摇臂两端铰链轴线所在的公共平面垂直，上摇臂与下摇臂局部表面贴合，弹簧片卡紧在零位限位卡槽内限制上摇臂、下摇臂和前臂的运动；有效载荷从飞行器舱内向舱外转移时，电机驱动单元带动下摇臂绕第四铰接点转动180度，依据四连杆传动原理，上摇臂、下摇臂和前臂配合将有效载荷转移至飞行器舱外，前臂的轴线与上摇臂两端铰链轴线所在的公共平面平行，上摇臂与下摇臂局部表面贴合，同时弹簧片卡紧在工作限位卡槽内限制上摇臂、下摇臂和前臂的运动，有效载荷进行工作。
本发明的工作原理为：前臂3实质为一种异形连杆，固定安装有效载荷7。电机驱动单元6驱动下摇臂2转动，通过平面四连杆传动原理，前臂3带动有效载荷7从航天器的舱内转移至舱外。机构的舱内固定与舱外展开姿态为此四连杆机构的运动极限位置。此四连杆机构的上摇臂1、下摇臂2通过局部表面贴合，使机构无法超出极限位置运动。同时在极限位置时，通过弹簧片5将下摇臂2与上摇臂1卡紧在一起，使机构在电机驱动单元6不工作的情况下保持固定姿态。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用的自限位四连杆空间机构，只使用一个驱动电机，利用四连杆传动原理实现相当于现有技术中两个电机驱动关节的空间转移运动，在二维空间内完成类似于人手臂肘关节与肩关节同时转动的运动，与现有技术相比，电机使用量少，传动环节少；同时在电机不工作情况下，机构在极限位置能够利用上摇臂、下摇臂的表面局部贴合实现自限位，能够通过弹簧片卡紧在上摇臂上的限位卡槽实现极限位置锁紧。与现有技术相比，不需要另外设置限位锁紧装置，结构简单，可靠性更高。因此，本发明能够更为可靠地应用于空天飞行器有效载荷的在轨动作。
附图说明
图1为本发明自限位四连杆空间机构组成图；
图2为本发明自限位四连杆空间机构原理图；
图3为本发明自限位四连杆空间机构舱内固定状态示意图；
图4为本发明自限位四连杆空间机构转移过程示意图一；
图5为本发明自限位四连杆空间机构转移过程示意图二；
图6为本发明自限位四连杆空间机构舱外展开状态示意图；
图7为本发明自限位四连杆空间机构舱内固定状态自限位示意图；
图8为本发明自限位四连杆空间机构舱外展开状态自限位示意图。
具体实施方式
图1为本发明的自限位四连杆空间机构的组成图，图中主要包括上摇臂1、下摇臂2、前臂3、基座4、弹簧片5、电机驱动单元6、有效载荷7、飞行器结构8几个部分。前臂3的一端固定连接有效载荷7，上摇臂1和下摇臂2在空间上上下布置，前臂3的另一端分别与上摇臂1的一端以及下摇臂2的一端铰接，形成第一铰接点和第二铰接点，与此同时，上摇臂1的另一端以及下摇臂2的另一端分别铰接在基座4上，形成第三铰接点和第四铰接点，四个铰接点的连线构成一个封闭的四边形。基座4固定安装在飞行器结构8上，电机驱动单元6用于驱动下方的下摇臂2绕第四铰接点转动。弹簧片5固定安装在下摇臂2的两侧，与上摇臂1上的零位限位卡槽101或者工作限位卡槽102配合，实现上摇臂1和下摇臂2的锁紧固定。
图2为本发明自限位四连杆空间机构的原理图。整个机构工作采用平面四连杆传动原理，由上摇臂1、下摇臂2、前臂3和基座4以及四个铰接点组成。前臂3实质为异形连杆。在电机驱动单元6的驱动下，下摇臂2转动，带动前臂3、上摇臂1同时做铰链运动，实现机构的整体转移。
图3为本发明自限位四连杆空间机构在舱内固定状态的示意图。有效载荷7固定安装在前臂3的顶部，前臂3的圆柱面轴线垂直于飞行器结构8的水平面，与上摇臂1的两端铰链轴线所在的公共平面成90°，上摇臂1的下表面与下摇臂2的上表面局部位置贴合，弹簧片5卡紧在上摇臂1的零位限位卡槽101内，四连杆呈自锁定状态。机构执行转移任务时，电机驱动单元6带动下摇臂2开始绕第四铰接点转动，上摇臂1与下摇臂2的贴合表面逐渐分离，弹簧片5被逐步从零位限位卡槽101内带出，限位状态解除。
图4为本发明自限位四连杆空间机构在转移过程中的运动状态示意图一。在下摇臂2的转动下，前臂3将有效载荷7逐步举起，从舱内向舱外转移。下摇臂2上的弹簧片5已完全脱开上摇臂1上的零位限位卡槽101，机构进行类似于人手臂肘关节与肩关节同时转动的运动。
图5为本发明自限位四连杆空间机构在转移过程中的运动示意图二。下摇臂2继续转动，前臂3带动有效载荷7举到最高位置后逐步降低，有效载荷7从舱内向舱外转移。下摇臂2上的弹簧片5开始逐步靠近上摇臂1上的工作限位卡槽102。
图6为本发明自限位四连杆空间机构在舱外展开状态的示意图。下摇臂2旋转180°后到达极限位置，有效载荷7完全置于舱外。前臂3的圆柱面轴线平行于飞行器结构8的水平面，与上摇臂1的两端铰链轴线所在的公共平面成0°，上摇臂1的下表面与下摇臂2的上表面局部位置贴合，下摇臂2上固定的弹簧片5卡紧在上摇臂1的工作限位卡槽102内，四连杆重新成自锁定状态。有效载荷7在舱外开始工作。
当有效载荷完成工作任务需要收回舱内时，电机驱动单元6反向驱动，机构按照上述动作的相反过程完成收拢动作，最终恢复至舱内固定状态。
图7为本发明自限位四连杆空间机构在舱内固定状态的自限位示意图。图中圆圈部分为上摇臂1与下摇臂2的表面贴合区域，弹簧片5卡在上摇臂1的零位限位卡槽101内。
图8为自限位四连杆空间机构在舱外展开状态的自限位示意图。图中圆圈部分为上摇臂1与下摇臂2的表面贴合区域，弹簧片5卡在上摇臂1的工作限位卡槽102内。
本发明自限位四连杆空间机构主要应用于空天飞行器上，在轨工作为无重力状态。当机构处于自限位状态时，电机驱动单元6断电，由于弹簧片5具有一定的预紧力，通过一定的力臂可成为保持机构固定姿态的阻力矩，保证机构系统不会随意发生转动。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种自限位四连杆空间机构，其特征在于：包括上摇臂(1)、下摇臂(2)、前臂(3)、基座(4)、弹簧片(5)和电机驱动单元(6)，上摇臂(1)上设有零位限位卡槽(101)和工作限位卡槽(102)，弹簧片(5)固定安装在下摇臂(2)的两侧，前臂(3)的一端固定连接有效载荷(7)，上摇臂(1)和下摇臂(2)在空间上上下布置，前臂(3)的另一端同时与上摇臂(1)的一端以及下摇臂(2)的一端铰接，与上摇臂(1)的一端铰接形成第一铰接点，与下摇臂(2)的一端铰接形成第二铰接点；上摇臂(1)的另一端与基座(4)铰接形成第三铰接点，同时下摇臂(2)的另一端也与基座(4)铰接并形成第四铰接点，四个铰接点的连线构成一个封闭的四边形；基座(4)固定安装在飞行器结构(8)上，电机驱动单元(6)驱动下摇臂(2)绕第四铰接点转动；有效载荷(7)在飞行器舱内固定时，前臂(3)的轴线与上摇臂(1)两端铰链轴线所在的公共平面垂直，上摇臂(1)与下摇臂(2)局部表面贴合，弹簧片(5)卡紧在零位限位卡槽(101)内限制上摇臂(1)、下摇臂(2)和前臂(3)的运动；有效载荷(7)从飞行器舱内向舱外转移时，电机驱动单元(6)带动下摇臂(2)绕第四铰接点转动180度，依据四连杆传动原理，上摇臂(1)、下摇臂(2)和前臂(3)配合将有效载荷(7)转移至飞行器舱外，前臂(3)的轴线与上摇臂(1)两端铰链轴线所在的公共平面平行，上摇臂(1)与下摇臂(2)局部表面贴合，同时弹簧片(5)卡紧在工作限位卡槽(102)内限制上摇臂(1)、下摇臂(2)和前臂(3)的运动，有效载荷(7)进行工作。
CN201310485450.XA 2013-10-16 2013-10-16 一种自限位四连杆空间机构 Active CN103587727B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310485450.XA CN103587727B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种自限位四连杆空间机构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310485450.XA CN103587727B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种自限位四连杆空间机构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103587727A CN103587727A (zh) 2014-02-19
CN103587727B true CN103587727B (zh) 2015-08-19

Family

ID=50078112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310485450.XA Active CN103587727B (zh) 2013-10-16 2013-10-16 一种自限位四连杆空间机构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103587727B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114321612B (zh) * 2022-01-11 2024-02-20 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种空间在轨微扰动锁紧释放装置、实验装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0122493A1 (de) * 1983-04-13 1984-10-24 Schmitz, Karl-Heinz Hub- und Kippvorrichtung zum Entleeren von Müllgefässen in Mülltransportfahrzeuge
US5921325A (en) * 1997-06-18 1999-07-13 Great Plains Manufacturing, Incorporated Low transport height stack fold implement
CN201050013Y (zh) * 2007-05-24 2008-04-23 王大安 晾衣架的气动升降装置
CN102747909A (zh) * 2011-04-17 2012-10-24 漳州金龙客车有限公司 一种新型四连杆铰链组件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0122493A1 (de) * 1983-04-13 1984-10-24 Schmitz, Karl-Heinz Hub- und Kippvorrichtung zum Entleeren von Müllgefässen in Mülltransportfahrzeuge
US5921325A (en) * 1997-06-18 1999-07-13 Great Plains Manufacturing, Incorporated Low transport height stack fold implement
CN201050013Y (zh) * 2007-05-24 2008-04-23 王大安 晾衣架的气动升降装置
CN102747909A (zh) * 2011-04-17 2012-10-24 漳州金龙客车有限公司 一种新型四连杆铰链组件

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
国内外空间机器人技术发展综述;张文辉等;《飞行力学》;20130409;第31卷(第3期);198-202 *
基于UG的四连杆铰链舱门设计及安装方法;韩甜峰;《机电技术》;20120229;54-56 *
空间站大型机构研究综述;秦文波等;《上海航天》;20100825(第4期);32-42 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103587727A (zh) 2014-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102294690B (zh) 面向空间大型机械臂和交会对接的大容差对接捕获装置
CN102029614B (zh) 三自由度球型空间机器人手腕
CN103274064B (zh) 一种折叠式六自由度并联调姿平台
CN103737578A (zh) 一种空间多自由度可控机构式微调焊接机器人
CN103786162B (zh) 可扩展欠驱动索杆桁架式机械手爪
CN103934829B (zh) 可折展欠驱动自适应式捕获装置
CN107972847B (zh) 一种飞机机翼折叠机构及基于其的口盖机构
CN103722552B (zh) 一种可控多自由度机械手
JP2012101784A (ja) 航空機用垂直引込み側面結合着陸装置
CN103707289A (zh) 一种可控多自由度焊接机器人
CN103722553A (zh) 一种多自由度并联机构式可控焊接机器人
CN103424269B (zh) 一种含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台
CN103587727B (zh) 一种自限位四连杆空间机构
CN106114820B (zh) 一种两翼可同步同轴同面变后掠角的无人飞行器变翼机构
CN108839790A (zh) 一种起落架折叠式收放结构及其收放方法
CN109048988A (zh) 一种机械手腕结构装置
CN104242807B (zh) 一种太阳电池阵双轴对日定向机构
CN103426356A (zh) 一种耦合型四自由度运动模拟台
RU2680555C1 (ru) Стыковочная система беспилотного летательного аппарата
CN106301176A (zh) 一种大角度旋转聚光器支撑架机构
CN106785480B (zh) 一种径向肋式反射面展开机构
CN109110164A (zh) 一种面向非合作目标的连续型臂群捕获机构
CN203485204U (zh) 自动翻转式抓手装置
CN205343111U (zh) 一种含有塔形伸缩分支的六自由度并联调姿隔振平台
CN111619805A (zh) 适用于太阳能无人机的空中起降装置及空中飞行平台

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant