CN103840245B - 一种平面式可展开桁架及其分步展开方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供平面式可展开桁架，包括：平面天线外板、平面天线内板、第一铰链、航天器平台、内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、中心铰链、连接杆件、第二铰链、杆间铰链、外板杆件、关节支座，整个平面式可展开桁架之间活动连接，形成十杆闭环三自由度杆系；同时，还公开了一种平面式可展开桁架的分步展开方法，该方法在整个展开过程中通过各铰链的依次锁定，实现了桁架构型和自由度从3→2→1→0的变化，最终完成了平面式可展开桁架的展开及锁定，可用于航天器单翼两块平面式天线的展开。

Description

一种平面式可展开桁架及其分步展开方法

技术领域

本发明涉及航天飞行器技术领域，尤其涉及一种平面式可展开桁架及其分步展开方法。

背景技术

目前，国内外对航天器单翼两块平面式天线展开的可展开桁架运动规律的研究和应用较少，国外应用比较典型的有加拿大的RADARSAT卫星，国内在雷达卫星的研制方面起步较晚，已在轨的遥感雷达卫星天线与RADARSAT-1结构相近。结合国内外研究现状，其主要特点和不足之处表现在：

a.机构为多杆闭环、多自由度杆系，且关节多，运动规律复杂；

b.杆系机构的展开时序性和运动协调性跟铰链的锁定顺序关系密切；

c.现有机构在天线展开到位时所有铰链同时锁定，这种展开方式对地面装配精度和试验调试都提出了极高的要求。

因此，有必要提供一种平面式可展开桁架分步展开方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面式可展开桁架及其分步展开方法，以简化航天器单翼两块平面式天线展开的可展开桁架的展开。

为解决上述问题，本发明提出一种平面式可展开桁架，该平面式可展开桁架包括：平面天线外板、平面天线内板、第一铰链、航天器平台、内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、中心铰链、连接杆件、第二铰链、杆间铰链、外板杆件、关节支座；其中，

所述平面天线内板与所述平面天线外板以及所述航天器平台分别通过第二铰链以及第一铰链活动连接；

所述内板杆件一端与所述平面天线内板通过所述关节支座连接，另一端与所述中心铰链活动连接；

所述第一平台杆件一端与所述航天器平台通过所述关节支座连接，另一端与所述第二平台杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第二平台杆件一端与所述第一平台杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述连接杆件通过所述中心铰链连接；

所述第一内板斜撑杆件一端与所述平面天线内板通过所述关节支座连接，另一端与所述第二内板斜撑杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第二内板斜撑杆件一端与所述第一内板斜撑杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述中心铰链连接；

所述连接杆件一端与所述外板杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述第二平台杆件通过所述中心铰链连接；

所述外板杆件一端与所述平面天线外板通过所述关节支座连接，另一端与所述连接杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件折叠收拢在所述航天器平台与所述平面天线内板之间；所述内板杆件、连接杆件、外板杆件折叠收拢在所述平面天线内板和所述平面天线外板外围；

所述第一铰链、第二铰链、杆间铰链、中心铰链均处于活动状态，机构为十杆闭环三自由度杆系。

其中，所述第一铰链、第二铰链均通过有源装置驱动；

所述平面天线内板展开后相对所述航天器平台转动90°；

所述平面天线外板展开后相对所述平面天线内板转动180°；

所述第一铰链在所述平面天线内板展开到位后进行锁定；

所述第二铰链在所述平面天线外板展开到位后进行锁定；

所述杆间铰链在杆件展开到位后进行锁定，且在杆件夹角180°时实现锁定；

所述第一内板斜撑杆件和所述第二内板斜撑杆件之间的所述杆间铰链除能够锁定外，还具有驱动展开力矩；

所述中心铰链和所述关节支座在杆件展开到位后不锁定。

其中，所述第二铰链为180°铰链。

其中，所述第一铰链为90°铰链。

其中，所述90°铰链安装在所述航天器平台上。

其中，所述关节支座分别安装在所述航天器平台、所述平面天线外板以及平面天线内板上。

同时，为解决上述问题，本发明还提出一种平面式可展开桁架的分步展开方法，包括如下步骤：

在所述第一铰链、第二铰链以及第一内板斜撑杆件和第二内板斜撑杆件之间的杆间铰链的驱动源带动作用下，所述平面天线内板绕所述第一铰链作回转运动，所述平面天线外板绕所述第二铰链作回转运动，所述内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、连接杆件、外板杆件绕各自对应连接的所述杆间铰链、中心铰链及关节支座作回转运动；

所述第二铰链在展开过程中最先锁定，此时机构的自由度变为2；

所述连接杆件和所述外板杆件之间的所述杆间铰链与所述第一内板斜撑杆件和所述第二内板斜撑杆件之间的所述杆间铰链同时锁定，此时机构的自由度变为1；

所述第一平台杆件和所述第二平台杆件之间的所述杆间铰链与所述第一铰链同时锁定，机构自由度变为0，使得整个桁架形成一稳态结构。

本发明由于采取上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明提供的一种平面式可展开桁架分步展开方法，机构在整个展开过程中通过各铰链的依次锁定，实现了桁架构型和自由度从3→2→1→0的变化，最终完成了平面式可展开桁架的展开及锁定，可用于航天器单翼两块平面式天线的展开；

2）本发明提供的一种平面式可展开桁架分步展开方法，明确桁架机构展开的动力源数目和位置，保证了杆系机构的展开时序性和运动协调性、唯一性；

3）本发明提供的一种平面式可展开桁架分步展开方法，采用分步展开方式降低了地面装配精度和试验调试难度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开最初状态的平面构型图；

图2是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开第一阶段的平面构型图；

图3是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开第二阶段的平面构型图；

图4是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开完成后平面构型图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的平面式可展开桁架及其分步展开方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供平面式可展开桁架，包括：平面天线外板、平面天线内板、第一铰链、航天器平台、内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、中心铰链、连接杆件、第二铰链、杆间铰链、外板杆件、关节支座，整个平面式可展开桁架之间活动连接，形成十杆闭环三自由度杆系；同时，还提供一种平面式可展开桁架的分步展开方法，该方法在整个展开过程中通过各铰链的依次锁定，实现了桁架构型和自由度从3→2→1→0的变化，最终完成了平面式可展开桁架的展开及锁定，可用于航天器单翼两块平面式天线的展开。

请参考图1，图1是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开最初状态的平面构型图，如图1所示，本发明实施例提供的平面式可展开桁架包括：平面天线外板01、平面天线内板02、第一铰链03、航天器平台04、内板杆件05、第一平台杆件06、第二平台杆件07、第一内板斜撑杆件08、第二内板斜撑杆件09、中心铰链10、连接杆件11、第二铰链12、杆间铰链13、外板杆件14、关节支座15；其中，

所述平面天线内板02与所述平面天线外板01以及所述航天器平台04分别通过第二铰链12以及第一铰链03活动连接；

所述内板杆件05一端与所述平面天线内板02通过所述关节支座15连接，另一端与所述中心铰链10活动连接；

所述第一平台杆件06一端与所述航天器平台04通过所述关节支座15连接，另一端与所述第二平台杆件07通过所述杆间铰链13连接；

所述第二平台杆件07一端与所述第一平台杆件06通过所述杆间铰链13连接，另一端与所述连接杆件11通过所述中心铰链10连接；

所述第一内板斜撑杆件08一端与所述平面天线内板02通过所述关节支座15连接，另一端与所述第二内板斜撑杆件09通过所述杆间铰链13连接；

所述第二内板斜撑杆件09一端与所述第一内板斜撑杆件08通过所述杆间铰链13连接，另一端与所述中心铰链10连接；

所述连接杆件11一端与所述外板杆件14通过所述杆间铰链13连接，另一端与所述第二平台杆件07通过所述中心铰链10连接；

所述外板杆件14一端与所述平面天线外板01通过所述关节支座15连接，另一端与所述连接杆件11通过所述杆间铰链13连接；

所述第一平台杆件06、第二平台杆件07、第一内板斜撑杆件08、第二内板斜撑杆件09折叠收拢在所述航天器平台04与所述平面天线内板02之间；所述内板杆件05、连接杆件11、外板杆件14折叠收拢在所述平面天线内板02和所述平面天线外板01外围；

所述第一铰链03、第二铰链12、杆间铰链13、中心铰链10均处于活动状态，机构为十杆闭环三自由度杆系。

其中，所述第一铰链03、第二铰链12均通过有源装置驱动；

所述平面天线内板02展开后相对所述航天器平台04转动90°；

所述平面天线外板01展开后相对所述平面天线内板02转动180°；

所述第一铰链03在所述平面天线内板02展开到位后进行锁定；

所述第二铰链12在所述平面天线外板01展开到位后进行锁定；

所述杆间铰链13在杆件展开到位后进行锁定，且在杆件夹角180°时实现锁定；

所述第一内板斜撑杆件08和所述第二内板斜撑杆件09之间的所述杆间铰链13除能够锁定外，还具有驱动展开力矩；

所述中心铰链10和所述关节支座15在杆件展开到位后不锁定。

其中，所述第二铰链12为180°铰链。

其中，所述第一铰链03为90°铰链。

其中，所述90°铰链安装在所述航天器平台04上。

其中，所述关节支座15分别安装在所述航天器平台04、所述平面天线外板01以及平面天线内板02上。

请继续参考图2至图4，其中，图2是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开第一阶段的平面构型图，图3是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开第二阶段的平面构型图，图4是本发明实施例提供的平面式可展开桁架在展开完成后平面构型图，结合图1至图4，本发明实施例提供的平面式可展开桁架的分步展开方法，包括如下步骤：

在所述第一铰链03、第二铰链12以及第一内板斜撑杆件08和第二内板斜撑杆件09之间的杆间铰链13的驱动源带动作用下，所述平面天线内板02绕所述第一铰链03作回转运动，所述平面天线外板01绕所述第二铰链12作回转运动，所述内板杆件05、第一平台杆件06、第二平台杆件07、第一内板斜撑杆件08、第二内板斜撑杆件09、连接杆件11、外板杆件14绕各自对应连接的所述杆间铰链13、中心铰链10及关节支座15作回转运动；

所述第二铰链12在展开过程中最先锁定，此时机构的自由度变为2，如图2所示；

所述连接杆件11和所述外板杆件14之间的所述杆间铰链13与所述第一内板斜撑杆件08和所述第二内板斜撑杆件09之间的所述杆间铰链13同时锁定，此时机构的自由度变为1，如图3所示；

所述第一平台杆件06和所述第二平台杆件07之间的所述杆间铰链13与所述第一铰链03同时锁定，机构自由度变为0，使得整个桁架形成一稳态结构，如图4所示。

由于本发明提供的一种平面式可展开桁架分步展开方法，使得机构在整个展开过程中通过各铰链的依次锁定，实现了桁架构型和自由度从3→2→1→0的变化，最终完成了平面式可展开桁架的展开及锁定，可用于航天器单翼两块平面式天线的展开，保证了杆系机构的展开时序性和运动协调性、唯一性，降低了地面装配精度和试验调试难度。

综上所述，本发明提供了一种提供平面式可展开桁架，包括：平面天线外板、平面天线内板、第一铰链、航天器平台、内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、中心铰链、连接杆件、第二铰链、杆间铰链、外板杆件、关节支座，整个平面式可展开桁架之间活动连接，形成十杆闭环三自由度杆系；同时，还提供一种平面式可展开桁架的分步展开方法，该方法在整个展开过程中通过各铰链的依次锁定，实现了桁架构型和自由度从3→2→1→0的变化，最终完成了平面式可展开桁架的展开及锁定，可用于航天器单翼两块平面式天线的展开。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种平面式可展开桁架，其特征在于，该平面式可展开桁架包括：平面天线外板、平面天线内板、第一铰链、航天器平台、内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、中心铰链、连接杆件、第二铰链、杆间铰链、外板杆件、关节支座；其中，

所述平面天线内板与所述平面天线外板通过第二铰链活动链接，所述平面天线内板与所述航天器平台通过第一铰链活动连接；

所述内板杆件一端与所述平面天线内板通过所述关节支座连接，另一端与所述中心铰链活动连接；

所述第一平台杆件一端与所述航天器平台通过所述关节支座连接，另一端与所述第二平台杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第二平台杆件一端与所述第一平台杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述连接杆件通过所述中心铰链连接；

所述第一内板斜撑杆件一端与所述平面天线内板通过所述关节支座连接，另一端与所述第二内板斜撑杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第二内板斜撑杆件一端与所述第一内板斜撑杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述中心铰链连接；

所述连接杆件一端与所述外板杆件通过所述杆间铰链连接，另一端与所述第二平台杆件通过所述中心铰链连接；

所述外板杆件一端与所述平面天线外板通过所述关节支座连接，另一端与所述连接杆件通过所述杆间铰链连接；

所述第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件折叠收拢在所述航天器平台与所述平面天线内板之间；所述内板杆件、连接杆件、外板杆件折叠收拢在所述平面天线内板和所述平面天线外板外围；

所述第一铰链、第二铰链、杆间铰链、中心铰链均处于活动状态，平面式可展开桁架机构为十杆闭环三自由度杆系。

2.如权利要求1所述的平面式可展开桁架，其特征在于，

所述第一铰链、第二铰链均通过有源装置驱动；

所述平面天线内板展开后相对所述航天器平台转动90°；

所述平面天线外板展开后相对所述平面天线内板转动180°；

所述第一铰链在所述平面天线内板展开到位后进行锁定；

所述第二铰链在所述平面天线外板展开到位后进行锁定；

所述杆间铰链在杆件展开到位后进行锁定，且在杆件夹角180°时实现锁定；

所述第一内板斜撑杆件和所述第二内板斜撑杆件之间的所述杆间铰链除能够锁定外，还具有驱动展开力矩；

所述中心铰链和所述关节支座在杆件展开到位后不锁定。

3.如权利要求2所述的平面式可展开桁架，其特征在于，所述第二铰链为180°铰链。

4.如权利要求2所述的平面式可展开桁架，其特征在于，所述第一铰链为90°铰链。

5.如权利要求4所述的平面式可展开桁架，其特征在于，所述90°铰链安装在所述航天器平台上。

6.如权利要求1所述的平面式可展开桁架，其特征在于，所述关节支座分别安装在所述航天器平台、所述平面天线外板以及平面天线内板上。

7.如权利要求1至6任一项所述的平面式可展开桁架的分步展开方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述第一铰链、第二铰链以及第一内板斜撑杆件和第二内板斜撑杆件之间的杆间铰链的驱动源带动作用下，所述平面天线内板绕所述第一铰链作回转运动，所述平面天线外板绕所述第二铰链作回转运动，所述内板杆件、第一平台杆件、第二平台杆件、第一内板斜撑杆件、第二内板斜撑杆件、连接杆件、外板杆件绕各自对应连接的所述杆间铰链、中心铰链及关节支座作回转运动；

所述第二铰链在展开过程中最先锁定，此时机构的自由度变为2；

所述连接杆件和所述外板杆件之间的所述杆间铰链与所述第一内板斜撑杆件和所述第二内板斜撑杆件之间的所述杆间铰链同时锁定，此时机构的自由度变为1；

所述第一平台杆件和所述第二平台杆件之间的所述杆间铰链与所述第一铰链同时锁定，机构自由度变为0，使得整个桁架形成一稳态结构。