CN103786897B - 具有适用于具有交叉缠绕装置的铰链的转矩的机动化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题为一种具有适用于具有交叉缠绕装置的铰链的转矩的机动化系统，其包括两个基本上平行的缠绕圆筒（1a、1b），至少一个纵向连接元件，所述连接元件能够保持所述缠绕圆筒（1a、1b）之间的预定距离，并围绕缠绕轨道缠绕，所述连接元件因此具有位于所述缠绕圆筒（1a、1b）之间的交叉点，所述机动化设备还包括两个柔性轨道，所述两个柔性轨道固定至缠绕圆筒（1a、1b）中的每一个，并彼此面对设置且在接触点处彼此接触，缠绕圆筒（1a、1b）和柔性轨道组件形成配件，在所述连接元件的作用下预应力被施加于所述接触点处。根据本发明的系统的特征在于，所述柔性轨道具有螺旋形式。

Description

具有适用于具有交叉缠绕装置的铰链的转矩的机动化系统
技术领域
本发明涉及元件的机动化系统。其特别地适于用于展开例如天线或太阳能发电机的空间附件的机构的领域。
背景技术
在前述机动化系统中，例如配件的元件通常以围绕铰链而相对于彼此运动地设置。因此这些系统包括多行铰链，所述多行铰链通常使用扭力弹簧、螺旋弹簧或Carpentier接头型的机动化构件，从而有可能对抗转矩形成反抗，并确保就所产生的转矩而言的必要的边限，用以确保附件的完全展开。
就此而言，已知的机动化构件显示出需要过机动化的改变的或可变的机动化转矩，这导致在展开结束时的冲击。
这些冲击可能是显著的，并且在展开结束时产生对空间附件的损坏以及损害航天器的驾驶的杂散转矩。为了缓解该问题，可以将能够展开的结构定尺寸和增强，从而承受在它们的展开中所产生的行程终端冲击，但是该解决方法不令人满意，并且明显导致整体结构的重量增加。
一些发展思路已获得具有几乎为零的抗转矩的展开机构的发明。这种机构，如描述于专利申请FR2635077中的铰链行，提供了仅需要极少的机动化功率的优点，并产生最小化的行程终端冲击。其他机构源自对如上机构的增强，特别是就重量和体积而言。这种展开机构公开于专利申请FR0605653。
已知的机构，如描述于前述专利申请FR2635077和FR0605653中的那些，具有限制为180°的角展开能力。此外，由于它们的结构，它们的总体运动学产生极不规则的机动化转矩。最后，如已经解释的，由于所述展开速度不规则，已知的展开机构在行程终端产生能量恢复，并因此产生冲击。
为了改正这些缺点，已提出具有受控转矩的机动化装置，其描述于以引文FR2968234公布的专利申请中。这种装置有可能提供几乎为零的抗转矩，并且基于已存在于系统中的柔性轨道的使用以产生机动化。柔性轨道具有特定形式，以允许柔性轨道之间的接触点相对于缠绕装置（如缠绕柔性刃片或者缆线）的交叉点偏移，该缠绕装置在两个基本上平行的配件形成缠绕圆筒之间形成连接元件，系统的各个构件连接至所述连接元件。以此方式，取决于前述接触点与交叉点之间的距离的转矩引起柔性轨道的相互旋转和配件的相互旋转。在连接元件形成缠绕装置之间的“交叉点”应以较广的方式理解为基本上平行于配件的纵向轴线或旋转轴线，并同时经过两个缠绕装置的轴线。
在上述装置中，对机动化转矩的良好控制是以对柔性轨道之间的接触点的位置的良好控制为先决条件，但实际上可证实如此控制柔性轨道之间的接触点的位置并非那么容易。
发明内容
本发明的一个目的在于显著缓解上述缺点。因此，通过本发明，提出不仅通过柔性轨道的特定形式，还通过围绕缠绕圆筒的缠绕装置的特定构造而确保柔性轨道之间的接触点相对于缠绕装置的交叉点的偏移。
更具体地，本发明的主题为一种机动化装置，其包括：
·两个基本上平行的缠绕圆筒、纵向连接元件形成缠绕装置，所述缠绕装置能够保持所述缠绕圆筒之间的预定距离，并围绕缠绕圆筒缠绕，所述缠绕装置因此具有位于所述缠绕圆筒之间的连接元件的两个基本上线性的部分之间的交叉点，
·至少两个柔性轨道，包括缠绕圆筒和柔性轨道的组件形成配件，柔性轨道固定至每个缠绕圆筒，所述柔性轨道彼此面对设置并具有接触点，在所述缠绕装置的作用下预应力被施加于所述柔性轨道的接触点处，所述柔性轨道具有螺旋形式，所述螺旋形式以如下方式构造：所述两个柔性轨道之间的接触点相对于所述缠绕装置的交叉点偏移，所述接触点和所述交叉点不在平行于所述缠绕圆筒的旋转轴线的同一轴线上对齐，从而施加取决于所述接触点与所述交叉点之间的距离的转矩，所述转矩能够引起所述配件的相互旋转。
所述机动化装置的特征在于，每个缠绕圆筒沿着确定的第一部分具有第一周长，并沿着确定的第二部分具有第二周长，所述连接元件的每个线性部分在第一缠绕圆筒的第一部分和第二缠绕圆筒的第二部分上缠绕，或者在第一缠绕圆筒的第二部分和第二缠绕圆筒的第一部分上缠绕。
在本发明的一个实施方案中，所述第一缠绕圆筒的所述第一部分和所述第二部分以及所述第二缠绕圆筒的所述第一部分和所述第二部分可具有圆形周长。
在本发明的一个实施例中，所述缠绕装置和所述缠绕圆筒可构造为使得交叉点与含有所述第一和第二缠绕圆筒各自的旋转轴线的水平平面之间的第一距离的值等于确定的第一值，以用于控制在配件之间的接触点处施加的转矩。
在本发明的一个实施方案中，所述柔性轨道的螺旋形式可构造为如下方式：所述接触点与含有所述第一和第二缠绕圆筒各自的旋转轴线的平面之间的第二距离等于确定的第二值，与所述第一距离和所述第二距离的和相等的距离决定施加在配件上的转矩。
本发明的另一主题为一种用于人造卫星的展开系统，其包括至少一个第一能够展开的附件和一个第二能够展开的附件，其特征在于其也包括根据所述实施方案中任一个所述的机动化设备，所述能够展开的附件固定至每个配件。
附图说明
本发明的其他特征和优点通过根据附图提供的如下描述而变得清楚，所述附图表示：
·图1：在收藏和展开位置的本领域已知的机动化系统的图；
·图2A和2B：分别显示了根据本发明的一个示例性实施方案的机动化设备以及施加于其上的力的概要的图。
具体实施方式
图1显示了示出在上述专利申请FR2968234中所述的机动化系统的图。机动化系统包括通过缠绕装置3（如柔性刃片）或通过任何其他合适的元件（例如缆线）而保持在适当位置的基本上平行的缠绕圆筒1a、1b。缠绕装置3以8字形围绕缠绕圆筒1a、1b缠绕；分开来看，每个缠绕装置明显包括线性部分3a或3b，每个线性部分3a、3b通过缠绕装置的一部分延伸，所述缠绕装置的一部分围绕缠绕圆筒1a、1b中的每一个缠绕。缠绕装置在交叉点C处交叉。
柔性轨道2a、2b各自连接至具有圆形截面的缠绕圆筒1a、1b中的每一个。柔性轨道2a、2b彼此面对并彼此接触设置。包括缠绕圆筒1a、1b和相关的柔性轨道2a、2b的组件形成配件12a、12b。缠绕装置3引发预应力，所述预应力施加于柔性轨道2a、2b之间的接触点P处。由于缠绕圆筒1a、1b和柔性轨道的基本上圆形的几何形状，因此柔性轨道2a、2b之间的接触点P和缠绕装置3的交叉点C在如下平面中对齐：所述平面与经过缠绕圆筒1a、1b的两个旋转轴线的平面正交，并与两个缠绕圆筒1a、1b的旋转轴线平行且等距。附件（如太阳能发电机）可固定至每个缠绕圆筒/柔性轨道组件1a-2a/1b-2b。
柔性轨道2a、2b可由螺旋形式的柔性轨道组成。柔性轨道2a、2b的轮廓也可由多个螺旋部分和/或由多个圆形轮廓的部分形成。特定的螺旋形式能够使得柔性轨道2a、2b之间的接触点P相对于缠绕装置3的交叉点C偏移。接触点P和该交叉点C不位于平行于缠绕圆筒1a、1b的旋转轴线的同一轴线上。所述接触点P相对于该交叉点C的偏移距离D导致预应力的偏移，所述预应力由缠绕装置3引发，并施加于接触点P处。由于此，转矩R在接触点P与交叉点C之间产生，从而引起包括柔性轨道2a、2b和缠绕圆筒1a、1b的配件12a、12b的旋转。由于柔性轨道2a、2b的螺旋形式，配件12a、12b的相互旋转导致柔性轨道2a、2b的变形发生改变，更具体地导致接触点处的偏转发生变化，由于缠绕圆筒1a和1b的具有圆形截面的圆筒形式，缠绕圆筒1a、1b之间的中心间距就其本身而言为恒定的，关闭位置F的中心间距的长度E等于打开位置O的中心间距的长度E’。
可借助选择螺旋形式和柔性轨道2a、2b的物理特性（特别是它们的弹性和它们的刚性）来调节转矩R。为了增加施加于柔性轨道2a、2b上的转矩R，可以通过产生具有显著张角的螺旋而增加接触点P相对于交叉点C的偏移，或者有可能通过产生刚度更大的柔性轨道而增加施加于接触点P处的力。为了增加施加于接触点C处的力，也可以增加柔性轨道2a、2b的偏转。
为了产生在展开阶段过程中恒定的转矩R，可优选阿基米德螺旋形式。
机动化转矩R也可改变以弥补由铰链外部的元件所引入的某些可变摩擦转矩。这些可通常为在两个太阳能发电机面板之间传送电力的电缆束。因此有可能获得在整个展开中几乎恒定的机动化边限。机动化需求则可根据严格需要而调节。
图2A和2B分别显示了示出根据本发明的一个示例性实施方案的机动化装置以及施加于其上的力的概要的图。
根据本发明，提出了上述专利申请FR2968234的发明的替代技术，所述替代技术能够通过移置交叉点C本身而增加接触点P相对于交叉点C的偏移。
为此，提出至少一个配件的缠绕圆筒的周长沿着配件的纵向轴线不恒定。
在图2A中示出的实施例中，每个缠绕圆筒1a、1b具有圆形截面，并沿着确定的第一部分11a、11b由第一直径限定，且沿着确定的第二部分13a、13b由第二直径限定。
根据本发明的一个特定特征，通过连接装置和缠绕圆筒的上述确定部分的精明的设置，交叉点C从接触点P偏移。在由图所示的实例中，连接元件的第一线性部分3a围绕第一缠绕圆筒1a的第一部分13a缠绕，并在第二缠绕圆筒1b的第二部分11b上缠绕。仍然在由图所示的实例中，第一缠绕圆筒1a的第二部分13a的周长或直径小于第一部分11a的周长或直径。类似地，第二缠绕圆筒1b的第二部分13b的周长或直径小于第一部分11b的周长或直径。显然，也可预期颠倒如上提议。
应注意，图2A所示的实施例并不限制本发明，可预期其他实施方案，例如其中缠绕圆筒包括超过两个的多个具有不同直径或周长的部分，用以例如允许使用相同的部件来调节为不同的所需应用。
也可预期其他实施方案，其中不同部分上的直径的截面不必为圆形，用以在运动的元件的行程中调节转矩曲线。
除了经由提供至在配件之间形成连接元件的缠绕装置3的线性部分3a、3b的缠绕的特定构造而由此获得的交叉点C的偏移之外，额外的偏移可通过如下方式获得：以与上述专利申请FR2968234的主题的发明类似的方式，相对于两个配件各自的纵向轴线通过的平面使柔性轨道2a、2b之间的接触点P偏移。
如图2A所示，由交叉点C与含有缠绕圆筒1b的旋转轴线的平面之间的第一距离d1的第一偏移可通过分别在缠绕圆筒的不同直径上对缠绕装置3进行缠绕而获得，而第二距离d2的第二偏移可通过偏移柔性轨道2a、2b之间的接触点P而获得，具有距离d的在接触点P与交叉点C之间的总偏移则等于第一距离d1与第二距离d2的总和。
因此，有可能构造缠绕装置和缠绕圆筒，从而使得第一距离d1的值等于确定的第一值，以控制在柔性轨道2a、2b之间的接触点C处施加的转矩。
也有可能构造柔性轨道2a、2b的截面形式（例如螺旋），从而使得第二距离d2的值等于确定的第二值，且第一距离d1和第二距离d2的总和等于确定的值d，所述确定的值d能够控制施加于接触点C处的转矩。
现在参照图2B，围绕由缠绕圆筒各自的部分所形成的缠绕轨道而缠绕柔性缠绕装置决定系统整体的运动学，并因此决定在系统的整个展开中柔性轨道的偏转，即弹性线。该偏转，以及因此柔性轨道的刚度产生施加于柔性轨道之间的接触点P处的接触力Fc。通过对接触力Fc的反作用，反作用力Fr由缠绕装置产生。
缠绕轨道的适当定尺寸能够赋予它们所需的刚度，并由此控制力Fc和Fr，以及因此控制所产生的转矩。应观察到，缠绕轨道的轮廓或形式可包括一个或多个螺旋部分和/或圆弧。
本发明提出的解决方法能够贯穿整个结构展开而获得严格适应于所需的扭矩。

Claims (5)

1.机动化设备，其包括：
·两个基本上平行的第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)，纵向连接元件形成缠绕装置，所述缠绕装置(3)能够保持第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)之间的预定距离，并围绕第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)缠绕，该缠绕装置(3)因此具有位于第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)之间的连接元件的两个基本为线性的部分(3a、3b)之间的交叉点(C)，
·至少两个柔性轨道(2a、2b)，包括第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)以及柔性轨道(2a、2b)的组件形成配件(12a、12b)，所述柔性轨道(2a、2b)固定至第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)中的每一个，所述柔性轨道(2a、2b)彼此面对设置并具有接触点(P)，在所述缠绕装置(3)的作用下预应力被施加于所述柔性轨道(2a、2b)的所述接触点(P)处，所述柔性轨道(2a、2b)具有螺旋形式，所述螺旋形式以如下方式构造：所述两个柔性轨道(2a、2b)之间的所述接触点(P)相对于所述缠绕装置(3)的所述交叉点(C)偏移，所述接触点(P)和所述交叉点(C)不在平行于所述第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)的旋转轴线的同一轴线上对齐，从而施加取决于所述接触点(P)与所述交叉点(C)之间的距离(D)的转矩(R)，所述转矩(R)能够引起配件(12a、12b)的相互旋转，
所述机动化装置的特征在于，第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)中的每一个沿着确定的第一部分(11a、13a)具有第一周长，并沿着确定的第二部分(11b、13b)具有第二周长，所述连接元件(3)的每个线性部分(3a、3b)在所述第一缠绕圆筒(1a)的第一部分(11a)和所述第二缠绕圆筒(1b)的第二部分(13b)上缠绕，或者在所述第一缠绕圆筒(1a)的第二部分(13a)和所述第二缠绕圆筒(1b)的第一部分(11b)上缠绕。
2.根据权利要求1所述的机动化设备，其特征在于，所述第一缠绕圆筒(1a)和所述第二缠绕圆筒(1b)的所述第一部分(11a、11b)和所述第二部分(13a、13b)具有圆形周长。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述缠绕装置和所述缠绕圆筒为使得所述交叉点(C)与含有第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)各自的旋转轴线的水平平面之间的第一距离(d1)的值等于确定的第一值，用于控制在所述配件(12a、12b)之间的接触点(C)处施加的转矩。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述柔性轨道(2a、2b)的螺旋形式也构造为如下方式：接触点(P)与含有第一缠绕圆筒(1a)和第二缠绕圆筒(1b)各自的旋转轴线的平面之间的第二距离(d2)等于确定的第二值，与所述第一距离(d1)和所述第二距离(d2)的总和相等的距离(d)决定施加在配件(12a、12b)上的转矩。
5.用于人造卫星的展开系统，其包括至少一个第一能够展开的附件和一个第二能够展开的附件，其特征在于，其也包括根据前述权利要求任一项所述的机动化设备，所述能够展开的附件固定至每个配件(12a、12b)。
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