CN105471315A - 蠕动驱动式两自由度套筒折展机构 - Google Patents

Abstract

蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，涉及折展机构技术领域。它为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高、难于实现两自由运动的技术问题。该机构包括压电振子、外套筒、内套筒和万向轴承；压电振子包括伸缩陶瓷组、弯曲陶瓷组、前端盖、后端盖和驱动足，伸缩陶瓷组和弯曲陶瓷组依次紧固在前端盖和后端盖之间，前端盖上设置有驱动足，内套筒设置在外套筒的内侧，压电振子通过后端盖与内套筒固定连接，驱动足与外套筒的内侧面紧密接触；万向轴承包括外框架和转动球，万向轴承的外框架与内套筒固定连接，转动球与外套筒的内侧面紧密接触。本发明适用于作为套筒折展机构。

Description

蠕动驱动式两自由度套筒折展机构

技术领域

本发明涉及一种蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，属于折展机构技术领域。

背景技术

折展机构属于工程机械以及航空航天领域最为常用的一种机构，一般具有结构简单、折展比大等优点。例如，很多航天器中都会使用大量的折展机构，在航天器发射时，机构处于收回状态，有效减小了航天器的尺寸；航天器进入轨道后，机构展开，开始正常工作。折展机构类型很多，套筒型的折展机构是最为常用的一种。套筒折展机构一般为两级或者多级套筒结构，通过内部套筒相对外部套筒的轴线运动实现展开动作，有时又需要内部套筒绕外部套筒做一定角度的转动。目前，套筒折展机构一般采用电磁电机、减速器、钢丝、转轮等基本元件组成的复杂系统实现展开和收回，结构复杂、重量大，而且电磁电机一般不具备自锁特性，能量损耗大；此外，两自由度套筒折展机构目前都是采用两套驱动系统分别实现直线和旋转驱动，同样存在结构复杂、重量大、能耗高的问题，而且两自由度驱动的实现难度也较大。

发明内容

本发明是为了解决现有套筒折展机构结构复杂、重量大、能耗高及难于实现两自由度运动的问题，从而提供蠕动驱动式两自由度套筒折展机构。

本发明所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，包括n个压电振子、外套筒、内套筒和m个万向轴承；

所述压电振子包括伸缩陶瓷组、弯曲陶瓷组、前端盖、后端盖和驱动足，所述伸缩陶瓷组和弯曲陶瓷组依次紧固在前端盖和后端盖之间，前端盖靠近外套筒的一侧设置有驱动足，内套筒设置在外套筒的内侧，压电振子通过后端盖与内套筒固定连接，压电振子的轴线与内套筒的轴线平行，驱动足与外套筒的内侧面紧密接触；

万向轴承包括外框架和转动球；

所述万向轴承的外框架与内套筒固定连接，万向轴承的转动球与外套筒内侧面紧密接触，n为大于或等于2的整数，m为大于或等于2的整数。

本发明中，通过多个压电振子的协调运动实现内套筒相对外套筒的两自由度直接驱动，m个万向轴承上的转动球均与外套筒内侧面紧密接触，实现了对内套筒的可靠支撑。本发明所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构结构简单、重量轻、能量损耗低、易于实现两自由度驱动，且加工装配十分简便，便于实现系列化和商品化。

本发明适用于作为折展机构。

附图说明

图1是实施方式一所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构的主视图；

图2是图1的A-A向剖视图；

图3是实施方式一中压电振子的立体结构示意图；

图4是实施方式三中陶瓷组的横截面为长方形的示意图；

图5是实施方式三中陶瓷组的横截面为三角形的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，包括n个压电振子1、外套筒2、内套筒3和m个万向轴承4；

所述压电振子1包括伸缩陶瓷组1-1、弯曲陶瓷组1-2、前端盖1-3、后端盖1-4和驱动足1-5，所述伸缩陶瓷组1-1和弯曲陶瓷组1-2依次紧固在前端盖1-3和后端盖1-4之间，前端盖1-3靠近外套筒2的一侧设置有驱动足1-5，内套筒3设置在外套筒2的内侧，压电振子1通过后端盖1-4与内套筒3固定连接，压电振子1的轴线与内套筒3的轴线平行，驱动足1-5与外套筒2的内侧面紧密接触；

万向轴承4包括外框架4-1和转动球4-2；

所述万向轴承4的外框架4-1与内套筒3固定连接，万向轴承4的转动球4-2与外套筒2内侧面紧密接触，n为大于或等于2的整数，m为大于或等于2的整数。

蠕动驱动式两自由度套筒折展机构的工作原理如下：

伸缩陶瓷组1-1在施加直流激励信号后会产生沿压电振子1轴线方向的伸长或者缩短，从而使得驱动足1-5产生沿压电振子1轴线方向的位移；

弯曲陶瓷组1-2在施加两个相反向的直流激励信号后使得压电振子1产生沿内套筒3周向或者径向的弯曲，从而使得驱动足1-5产生沿内套筒3周向或者径向的位移；

驱动足1-5沿内套筒3径向的位移用于控制驱动足1-5与外套筒2内表面的接触与分离，驱动足1-5沿内套筒3周向的位移用于推动内套筒3绕外套筒2的微小角度旋转，驱动足1-5沿内套筒3轴向的位移用于推动内套筒3沿外套筒2轴向的微小步距平动；多个压电振子1组合实现内套筒3绕外套筒2连续转动或者内套筒3沿外套筒2轴向的连续平动。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构作进一步说明，本实施方式中，所述弯曲陶瓷组1-2由四个相同的陶瓷组1-2-1组成。

具体实施方式三：参照图4和图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构作进一步说明，本实施方式中，所述陶瓷组1-2-1的横截面是长方形、三角形或圆形。

如图4所示，若陶瓷组1-2-1的横截面为长方形，当上侧两个陶瓷组1-2-1和下侧两个陶瓷组1-2-1分别施加正向和反向的直流电压，压电振子1产生沿内套筒径向的弯曲，使得驱动足1-5产生沿内套筒3径向的位移；当左侧两个陶瓷组1-2-1和右侧两个陶瓷组1-2-1分别施加正向和反向的直流电压，则压电振子1产生沿内套筒周向的弯曲，使得驱动足1-5产生沿内套筒3周向的位移。

如图5所示，若陶瓷组1-2-1的横截面为三角形，当上、下两个陶瓷组1-2-1分别施加正向和反向的直流电压，压电振子1产生沿内套筒径向的弯曲，使得驱动足1-5产生沿内套筒3径向的位移；当左、右两个陶瓷组1-2-1分别施加正向和反向的直流电压，则压电振子1产生沿内套筒周向的弯曲，使得驱动足1-5产生沿内套筒3周向的位移。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构作进一步说明，本实施方式中，所述m为3。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构作进一步说明，本实施方式中，所述3个万向轴承4沿内套筒3周向均匀分布。

万向轴承4沿内套筒3周向均匀分布，使得受力均匀，有利于实现对内套筒的可靠支撑。

Claims (6)

1.蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，包括n个压电振子(1)、外套筒(2)、内套筒(3)和m个万向轴承(4)；

所述压电振子(1)包括伸缩陶瓷组(1-1)、弯曲陶瓷组(1-2)、前端盖(1-3)、后端盖(1-4)和驱动足(1-5)，所述伸缩陶瓷组(1-1)和弯曲陶瓷组(1-2)依次紧固在前端盖(1-3)和后端盖(1-4)之间，前端盖(1-3)靠近外套筒(2)的一侧设置有驱动足(1-5)，内套筒(3)设置在外套筒(2)的内侧，压电振子(1)通过后端盖(1-4)与内套筒(3)固定连接，压电振子(1)的轴线与内套筒(3)的轴线平行，驱动足(1-5)与外套筒(2)的内侧面紧密接触；

万向轴承(4)包括外框架(4-1)和转动球(4-2)；

所述万向轴承(4)的外框架(4-1)与内套筒(3)固定连接，万向轴承(4)的转动球(4-2)与外套筒(2)内侧面紧密接触，n为大于或等于2的整数，m为大于或等于2的整数。

2.根据权利要求1所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，所述弯曲陶瓷组(1-2)由四个相同的陶瓷组(1-2-1)组成。

3.根据权利要求2所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，所述陶瓷组(1-2-1)的横截面是长方形、三角形或圆形。

4.根据权利要求1所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，伸缩陶瓷组(1-1)在施加直流激励信号后会产生沿压电振子(1)轴线方向的伸长或者缩短，从而使得驱动足(1-5)产生沿压电振子(1)轴线方向的位移；弯曲陶瓷组(1-2)在施加两个相反向的直流激励信号后使得压电振子(1)产生沿内套筒(3)周向或者径向的弯曲，从而使得驱动足(1-5)产生沿内套筒(3)周向或者径向的位移；驱动足(1-5)沿内套筒(3)径向的位移用于控制驱动足(1-5)与外套筒(2)内表面的接触与分离，驱动足(1-5)沿内套筒(3)周向的位移用于推动内套筒(3)绕外套筒(2)旋转，驱动足(1-5)沿内套筒(3)轴向的位移用于推动内套筒(3)沿外套筒(2)轴向的平动；n个压电振子(1)的组合实现内套筒(3)绕外套筒(2)连续转动或者内套筒(3)沿外套筒(2)轴向的连续平动。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，所述m为3。

6.根据权利要求5所述的蠕动驱动式两自由度套筒折展机构，其特征在于，所述3个万向轴承(4)沿内套筒(3)周向均匀分布。