CN103786898B - 滚动可靠性增强的具有交叉缠绕装置的铰链的机动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滚动可靠性增强的具有交叉缠绕装置的铰链的机动化系统，本发明的主题为一种滚动铰链装置，其包括两个基本上平行的缠绕圆筒、纵向连接元件形成的缠绕装置和至少两个柔性轨道，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；所述柔性轨道固定至每个缠绕圆筒，并且彼此面对设置且具有接触点，预应力在所述缠绕装置的作用下施加于柔性轨道的所述接触点处，其特征在于，至少一个柔性轨道包括在其长度的至少一部分上产生的至少一个槽（323、323’），所述槽限定具有确定轮廓的多个柔性梁部段（325）。

Description

滚动可靠性增强的具有交叉缠绕装置的铰链的机动化系统

技术领域

本发明涉及元件的机动化系统。其特别地适用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相对于彼此运动进行设置。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、螺旋弹簧或卡潘蒂尔（Carpentier）接头型的机动化构件，从而有可能对抗抗转矩，并确保就所产生的转矩而言的必要的余裕，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涉及过机动化的改变的或可变的机动化转矩，这导致展开结束时的冲击。

这些冲击可能是显著的，并且可在展开结束时产生对空间附件的损坏以及对航天器的驾驶造成杂散转矩损害。为了缓解该问题，可将可展开结构定尺寸和增强，以能够承受在展开中所产生的行程终端冲击，但是该解决方法不能令人满意，并且明显导致整个结构的重量增加。

一些开发已获得抗转矩几乎为零的展开机构的发明。这种机构，如描述于专利申请FR2635077中的铰链行，具有仅需要较少机动化功率的优点，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提高，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，具有局限于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，如已经描述，由于所述展开速度不规则，已知的展开机构的展开速度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。这种装置有可能具有几乎为零的抗转矩，并且基于已存在于系统中的滚动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（如缠绕柔性刀片或甚至缆线）的交叉点偏移，从而在两个基本上平行的缠绕圆筒（所述缠绕圆筒与柔性轨道一起形成配件）之间形成连接元件，系统的不同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，并因此引起配件的相互旋转。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，当将异物安置于滚动柔性轨道之间时可能产生问题，可能导致铰链的完全堵塞。异物可源自围绕装置的空间，或者源自装置本身，异物则可能为意外分离的系统的部分，或甚至为例如源自部件腐蚀现象的物质的残余物。

发明内容

本发明的一个目的在于显著缓解上述缺点。因此，本发明提出了一种机动化装置，其包括至少两个滚动柔性轨道，所述至少两个滚动柔性轨道得体构造，以在存在异物的情况下降低堵塞的风险，并有利地促进异物的排出。

更具体地，本发明的主题为一种滚动铰链装置，其包括两个基本上平行的缠绕圆筒、纵向连接元件形成的缠绕装置和至少两个柔性轨道，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；柔性轨道固定至每个缠绕圆筒，并且彼此面对设置且具有接触点，预应力在所述缠绕装置的作用下施加于柔性轨道的所述接触点处，至少一个柔性轨道包括在其长度的至少一部分上产生的至少一个槽，所述槽限定具有确定轮廓的多个柔性梁部段（beam section）。

在本发明的一个实施方案中，所述至少一个槽可在所述柔性轨道的整个长度上产生。

在本发明的一个实施方案中，所述至少一个槽可在所述柔性轨道的长度的一部分上产生。

在本发明的一个实施方案中，柔性轨道可包括在所述柔性轨道的整个长度上产生的第一多个槽，以及在所述柔性轨道的长度的一部分上产生的第二多个槽。

在本发明的一个实施方案中，所述梁部段可具有矩形截面。

在本发明的一个实施方案中，所述梁部段可具有如下形式的截面：圆形、椭圆形、梯形、方形、长菱形、具有圆角的方形或矩形，和空竹（diabolo）形式。

在本发明的一个实施方案中，所述槽可基本上平行于柔性轨道的侧缘。

在本发明的一个实施方案中，所述槽可显示出与柔性轨道的侧缘的确定角度。

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可展开附件、一个第二可展开附件，也包括根据所述实施方案中任一个所述的滚动铰链装置，所述可展开附件固定至由缠绕圆筒和柔性轨道形成的每个配件。

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显而易见，所述附图表示：

·图1：在收藏和展开位置的本领域已知的具有机动化转矩的滚动铰链系统的图；

·图2，概括性示出了在异物的存在下的滚动铰链系统的图；

·图3A、3B、3C，示出了在根据本发明的不同示例性实施方案的机动化系统中的不同的可选择的柔性轨道构造的立体图；

·图4，示出了根据本发明的不同示例性实施方案的柔性梁部段的不同可选择的轮廓的图。

具体实施方式

图1显示了示出在上述专利申请FR2968234中所述的具有机动化转矩的滚动铰链系统的图。具有机动化转矩的滚动铰链系统包括通过缠绕装置3（如柔性刀片）或通过任何其他合适的元件（例如缆线）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在交叉点C处交叉的线性部分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在如下平面中排列成行：所述平面与经过两个缠绕圆筒1a、1b的两个旋转轴线的平面正交。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。特定的螺旋形式有可能相对于缠绕装置3的交叉点C偏移柔性轨道2a、2b之间的接触点P。接触点P和交叉点C不位于平行于缠绕圆筒1a、1b的旋转轴线的相同轴线上。所述接触点P相对于交叉点C偏移的距离D产生预应力的偏移，所述预应力由缠绕装置3引发，并施加于接触点P处。因此，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的变形的变化，更具体地导致接触点处的偏转的变化，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的长度E等于打开位置O的长度E’。

可通过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）而调节转矩R。为了增加施加于柔性轨道2a、2b上的转矩R，有可能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更硬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，也有可能增加柔性轨道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余裕。机动化需求则可根据严格需要而调节。

更通常地，本发明可应用于包括至少两个柔性轨道的滚动铰链系统，而无论它们的形式如何，且另外无论缠绕装置的构造如何。因此，下文描述的由图2示出的实施例包括围绕缠绕圆筒设置，并与缠绕装置关联的圆形柔性轨道。

图2更具体地概括性描述了在异物的存在下的滚动铰链装置。

图2所示的滚动铰链装置包括如同之前参照图1描述的更具体的实施例的两个缠绕圆筒1a、1b以及柔性轨道2a、2b和连接装置3。

异物20可安置于轨道2a、2b之间，那么在机动化装置移动的过程中，异物20可能会有被迫使而变得甚至更嵌入柔性轨道2a、2b之间的趋势，因此通过贡献不适当的阻力矩而妨碍铰链装置的正确操作，甚至导致轨道2a、2b的损坏，或甚至导致铰链装置的完全堵塞。

本发明通过使用柔性轨道并提出分离柔性轨道以分布施加于其上的预负载，从而有可能降低这种风险。为此，本发明提出，滚动柔性轨道通过多个柔性梁部段形成，预负载可在所述多个柔性梁部段上分布。

例如，每个柔性轨道的至少一部分可包括在其长度的全部或部分上产生的至少一个槽，所述槽有可能限定多个柔性梁部段。柔性轨道的长度应在本文理解为意指柔性轨道围绕缠绕圆筒进行缠绕的尺寸。对于延续部分，柔性轨道的侧缘可如同基本上平行于柔性轨道的长度的柔性轨道的边缘进行限定，也就是说，柔性轨道的侧缘总体处于垂直于缠绕圆筒（所述柔性轨道围绕所述缠绕圆筒设置）的纵向轴线或旋转轴线的平面中。

图3A至3C为示出了在根据本发明的不同示例性实施方案的滚动铰链系统中的不同的可选择的柔性轨道构造的立体图。在如此示出的实施例中，柔性轨道32具有螺旋形式，所述螺旋形式围绕形成圆筒的中心部分320缠绕，或者围绕未在图中表示的缠绕圆筒设置。该实施例不限制本发明。基本上位于中心部分320中的在如前所定义的纵长方向上的柔性轨道32的部分可定义为柔性轨道32的近端部分，柔性轨道32在其长度上延伸至远端部分321，所述远端部分321由基本上垂直于柔性轨道32的侧缘的远端边缘终止。

参见图3A，柔性轨道320可包括在柔性轨道320的纵长方向上产生的多个槽323，所述多个槽323基本上彼此平行，且平行于柔性轨道320的侧缘，并在柔性轨道320的整个长度上产生。槽323限定多个梁部段325。

参见图3B，例如在可选择的实施方案中，柔性轨道320包括在柔性轨道320的纵长方向上产生的多个槽323'，所述多个槽323'基本上彼此平行，且平行于柔性轨道320的侧缘，并在柔性轨道320的长度的一部分上产生，例如从距离柔性轨道32的近端部分的确定距离处通过沿着柔性轨道32的长度远离所述确定距离处而延伸至柔性轨道32的远端边缘。槽323'限定多个梁部段325。

参见图3C，例如在可选择的实施方案中，柔性轨道320包括在柔性轨道320的纵长方向上产生的第一多个槽323'，所述第一多个槽323'基本上彼此平行，且平行于柔性轨道320的侧缘，并在柔性轨道320的长度的一部分上产生，例如从距离柔性轨道32的近端部分的确定距离处通过沿着柔性轨道32的长度远离所述确定距离处而延伸至柔性轨道32的远端边缘，如同参照图3B的上述实施方案中的槽那样。而且，如同之前参照图3A所述的实施方案那样，柔性轨道320可包括在柔性轨道320的纵长方向上产生的第二多个槽323，所述第二多个槽323基本上彼此平行，且平行于柔性轨道320的侧缘，并在柔性轨道320的整个长度上产生。在整个长度上产生的所述第二多个槽的槽323和在柔性轨道320的长度的一部分上产生的所述第一多个槽的槽323’可为交替的。

上述实施例不限制本发明，例如可预期槽不平行于柔性轨道的侧缘。例如，槽可与柔性轨道的侧缘形成确定的角度，并因此具有螺旋形式，从而促进异物的排出。

有利地，如图4所示，基于之前参照图3C所述的柔性轨道的实施例，形成柔性轨道的梁部段可具有各种形式的截面。梁部段可例如具有矩形截面，如同图3A至3C所示的实施例那样。它们也可具有圆形或椭圆形截面、梯形截面、方形截面、规则或不规则长菱形截面、具有圆角的方形或矩形截面、空竹形式的截面等。

Claims (8)

1.一种滚动铰链装置，其包括两个基本上平行的缠绕圆筒(1a、1b)、纵向连接元件形成的缠绕装置(3)和至少两个柔性轨道(2a、2b)，所述缠绕装置(3)能够保持所述缠绕圆筒(1a、1b)之间的预定距离，并围绕缠绕圆筒(1a、1b)缠绕；柔性轨道(2a、2b)固定至每个缠绕圆筒(1a、1b)，所述柔性轨道(2a、2b)彼此面对设置且具有接触点(P)，预应力在所述缠绕装置(3)的作用下施加于所述柔性轨道(2a、2b)的所述接触点(P)处，

其特征在于，至少一个柔性轨道(2a、2b)包括在其长度的至少一部分上产生的至少一个槽(323、323’)，所述槽限定具有确定轮廓的多个柔性梁部段(325)，

柔性轨道(2a、2b)包括在所述柔性轨道(2a、2b)的整个长度上产生的第一多个槽(323)和在所述柔性轨道(2a、2b)的长度的一部分上产生的第二多个槽(323’)，所述第二多个槽(323)的槽和所述第一多个槽(323’)的槽为交替的。

2.根据权利要求1所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述至少一个槽(323)在所述柔性轨道(2a、2b)的整个长度上产生。

3.根据权利要求1所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述至少一个槽(323)在所述柔性轨道(2a、2b)的长度的一部分上产生。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述梁部段(325)具有矩形截面。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述梁部段(325)具有如下形式的截面：圆形、椭圆形、梯形、方形、长菱形、和空竹形式。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述槽(323、323’)基本上平行于柔性轨道(2a、2b)的侧缘。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的滚动铰链装置，其特征在于，所述槽(323、323’)显示出与柔性轨道(2a、2b)的侧缘的确定角度。

8.一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，所述展开系统还包括根据前述权利要求中任一项所述的滚动铰链装置，所述能够展开的附件固定至由缠绕圆筒(1a、1b)和柔性轨道(2a、2b)所形成的每个组件。