CN103786899A - 具有柔性滚动轨道的铰链的机动化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有柔性滚动轨道的铰链的机动化系统，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（1a）、至少纵向连接元件形成的缠绕装置和至少两个柔性轨道（2a），所述缠绕装置适用于保持缠绕圆筒（1a）之间的预定距离，并围绕缠绕圆筒（1a）缠绕；柔性轨道（2a）固定至每个缠绕圆筒（1a），柔性轨道（2a）面对彼此设置且具有接触点，在所述缠绕装置的作用下预应力被施加于柔性轨道（2a）的所述接触点处，其特征在于，所述机动化装置包括设置于每个缠绕圆筒（1a）与对应的柔性轨道（2a）之间的弹性装置（30），所述弹性装置（30）以如下方式构造：在每个柔性轨道（2a）上至少在所述接触点处施加径向压缩力，径向压缩力与柔性轨道（2a）的表面正交。

Description

具有柔性滚动轨道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例如天线或太阳能发电机的空间附件的展开机构的领域。

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。因此这些系统包括铰链行，所述铰链行通常使用扭力弹簧、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意味着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，并且在展开结束时产生对空间附件的损坏，并且产生损害航天器驾驶的破坏性杂散转矩。为了缓解该问题，可将可展开结构定尺寸和增强，以能够承受在它们展开之时所产生的行程终端冲击，但是该解决方法不是令人满意的，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FR 2635077中的铰链行，提供了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FR 0605653中。

已知的机构，如描述于前述专利申请FR 2635077和FR 0605653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FR 2968234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柔性滚动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，从而在两个形成配件的基本上平行的缠绕圆筒之间形成连接元件，系统的不同构件连接至所述连接元件。以此方式，取决于上述接触点与交叉点之间的距离的转矩引起它们之间的配件的旋转。表述连接元件形成缠绕装置之间的“交叉点”应在广义上理解为经过两个缠绕装置的基本上平行于配件的纵向轴线或旋转轴线的轴线。如上所述的具有受控的转矩的机动化装置的例子参照图1在下文更详细地描述。

在上述装置中，考虑到特定形式提供至柔性轨道（该特定形式类似于阿基米德弹簧或螺旋弹簧），出现与在应力下轨道的旁向偏转相关的问题。轨道的旁向偏转引起装置的机动化转矩的控制的问题。该问题由下文所述的图2所示。

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，其包括至少两个柔性轨道，所述至少两个柔性轨道与弹性装置关联，从而允许柔性轨道的径向压缩，以确保与每个柔性轨道的表面正交的力施加于柔性轨道之间的接触点处。

本发明的另一优点在于，相对于本领域已知的装置，根据所述实施方案中的一者的机动化装置提供了显著的体积节约，以及就重量而言显著的节约。

本发明的另一优点在于，根据所述实施方案中的一者的机动化装置也提供了就坚固性和稳固性而言显著的节约。

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、至少纵向连接元件形成的缠绕装置和至少两个柔性轨道，所述缠绕装置适用于保持所述缠绕圆筒之间的预定距离，并围绕所述缠绕圆筒缠绕；所述柔性轨道固定至每个缠绕圆筒，并且面对彼此设置且具有接触点，在所述缠绕装置的作用下预应力被施加于柔性轨道的所述接触点处，所述机动化装置也包括设置于每个缠绕圆筒与对应的柔性轨道之间的弹性装置，所述弹性装置以如下方式构造：在每个柔性轨道上至少在所述接触点处施加径向压缩力，所述径向压缩力与柔性轨道的表面正交。

在本发明的一个实施方案中，所述柔性轨道可为具有螺旋截面的圆柱形。

在本发明的一个实施方案中，所述柔性轨道可为具有圆形截面的圆柱形。

在本发明的一个实施方案中，所述弹性装置可由包括多个单元的网格或者由梁或板的三维阵列形成。

在本发明的一个实施方案中，与柔性轨道关联的弹性装置可由多个单元形成，所述多个单元设置于在缠绕圆筒的外周与柔性轨道的内周之间包含的体积中。

在本发明的一个实施方案中，所述单元可具有小于或等于柔性轨道的滚动带的宽度的长度。

在本发明的一个实施方案中，所述单元可具有多边形截面。

在本发明的一个实施方案中，所述单元可以如下方式构造：所述弹性装置构成增大结构。

在本发明的一个实施方案中，所述弹性装置可围绕所述缠绕圆筒的全部外周设置。

在本发明的一个实施方案中，所述弹性装置可围绕所述缠绕圆筒的外周的确定的成角度的部分设置。

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和一个第二可展开附件，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组件。

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，概括性地示出了柔性轨道的偏转现象的图；

·图3，示出了根据本发明的示例性实施方案的机动化装置的一部分的立体图。

具体实施方式

图1显示了示出在上述专利申请FR 2968234中所述的机动化系统的图。机动化系统包括基本上平行的，且通过缠绕装置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由缠绕装置围绕缠绕圆筒1a、1b中的每一个缠绕的那部分延伸。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在如下平面中对准：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，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不在平行于缠绕圆筒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。由于它们的螺旋形式，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，由于具有缠绕圆筒1a和1b的圆形截面的圆柱形的形式，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大的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。

图2概括性地示出了之前参照图1描述的机动化系统中发生的柔性轨道的偏转现象。

图2显示机动化装置的部分截面，该机动化装置显著包括围绕缠绕圆筒1a、1b设置的两个柔性轨道2a、2b的。在缠绕圆筒1a、1b的运动过程中，例如在第一缠绕圆筒1a的右旋转运动（如在由附图所示的非限制性的实施例中，所述右旋转运动与第二缠绕圆筒1b的左旋转运动关联）过程中，发生柔性轨道2a、2b的旁向偏转，从而导致接触点P在与柔性轨道2a、2b正切的方向上的不期望的位移。如前所述，接触点P的位移损害对机动化装置的机动化转矩的良好控制。

通过本发明，提出将例如具有螺旋形式的截面的总体圆柱形形式的轨道与弹性装置关联，从而允许柔性轨道的径向压缩，以确保与每个柔性轨道的表面正交的力施加于柔性轨道之间的接触点处。柔性轨道的截面也可为例如圆形形式。下文描述的图3显示了与弹性装置关联的柔性轨道的一个非限制性的示例性实施方案。

图3显示了示出根据本发明的示例性实施方案的机动化装置的一部分的立体图。

图3明显示出了缠绕圆筒1a，柔性轨道2a围绕所述缠绕圆筒1a设置。

在图3示出的实施例中，未完全表示的机动化装置的柔性轨道2a总体为螺旋形式，并围绕缠绕圆筒1a设置。柔性轨道2a可例如由多个相互平行的滚动带32组成。

机动化装置也包括设置于缠绕圆筒1a与柔性轨道2a之间的弹性装置30。所述弹性装置以如下方式构造：通过在每个柔性轨道上至少在柔性轨道之间的接触点处施加径向压缩力，从而产生弹簧效果并保持柔性轨道紧密接触，所述径向压缩力与柔性轨道的表面正交。

弹性装置可由柔性结构制得，所述柔性结构例如由单元形成的网格或者梁或板的三维阵列。

在由图3所示的实施例中，弹性装置可由形成柔性网格的多个单元30a而形成。单元30a可以在平行于缠绕圆筒1a的旋转轴线的多个轴线上总体为圆柱形。在由附图所示的实施例中，单元30a总体上在小于或等于由柔性轨道2a所提供的总滚动带宽度的长度上延伸，应了解这并非本发明的限制性实施例。单元30a可具有各种形式的截面。在图3所示的实施例中，单元30a具有不规则六边形的形式的截面，所述截面的面积随着缠绕圆筒1a与柔性轨道2a的距离而增加。可预期其他形式，特别是其他多边形、鳞状形式等。

有利地，单元30的截面可具有使得弹性梁具有增大结构（即具有负的泊松比）的形式。单元可例如具有空竹（diabolo）形式的截面。

相比于常规结构，增大结构提供如下优点：能够在经受极小的切线应力的柔性轨道的径向位移的作用下变形。因此，该优点有可能使柔性轨道的接触点的切向偏转达到最小。

增大结构的另一优点与如下相关：增大结构可用于耗散能量，并因此调节配件的旋转速度。实际上，具有增大结构的单元可例如填充阻尼材料，例如粘弹性类型的材料。如果考虑单元体积，则相比于常规结构，增大结构在变形的过程中以较大的比例变化，因此阻尼材料将经历显著的压差，并因此耗散更多的能量，而这将产生旋转速度调节。

弹性装置可围绕缠绕圆筒1a的整个外周，并在缠绕圆筒1a与柔性轨道2a的内周之间包含的空间中设置。在一个有利的实施方案中，如图3所示，单元30a可仅围绕缠绕圆筒1a的圆周的成角度的部分设置，这种构造提供了就重量和体积节约而言的另外的优点。

Claims (11)

1.一种机动化装置，其包括两个基本上平行的缠绕圆筒（1a、1b）、至少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）适用于保持所述缠绕圆筒（1a、1b）之间的预定距离，并围绕所述缠绕圆筒（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）面对彼此设置并具有接触点（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，其特征在于，所述机动化装置包括设置于每个缠绕圆筒（1a、1b）与对应的柔性轨道（2a、2b）之间的弹性装置（30），所述弹性装置（30）以如下方式构造：在每个柔性轨道（2a、2b）上至少在所述接触点（P）处施加径向压缩力，所述径向压缩力与所述柔性轨道（2a、2b）的表面正交。

2.根据权利要求1所述的机动化装置，其特征在于，所述柔性轨道（2a、2b）为具有螺旋截面的圆柱形。

3.根据权利要求1所述的机动化装置，其特征在于，所述柔性轨道（2a、2b）为具有圆形截面的圆柱形。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机动化装置，其特征在于，所述弹性装置（30）由包括多个单元（30a）的网格或者由梁或板的三维阵列形成。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的机动化装置，其特征在于，与柔性轨道（2a、2b）关联的弹性装置（30）由多个单元（30a）形成，所述多个单元（30a）设置于在所述缠绕圆筒（1a、1b）的外周与所述柔性轨道（2a、2b）的内周之间包含的体积中。

6.根据权利要求5所述的机动化装置，其特征在于，所述单元（30a）的长度小于或等于所述柔性轨道（2a、2b）的滚动带的宽度。

7.根据权利要求5或6中任一项所述的机动化装置，其特征在于，所述单元（30a）具有多边形截面。

8.根据权利要求5或6中任一项所述的机动化装置，其特征在于，所述单元（30a）以如下方式构造：所述弹性装置构成增大结构。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机动化装置，其特征在于，所述弹性装置（30）围绕所述缠绕圆筒（1a、1b）的全部外周设置。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的机动化装置，其特征在于，所述弹性装置（30）围绕所述缠绕圆筒（1a、1b）的外周的确定的成角度的部分设置。

11.一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，所述展开系统也包括根据前述权利要求中任一项所述的机动化装置，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。

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