CN108860661A - 驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动机构，包括：机架(1)，包括第一盖板(11)和第二盖板(12)；套筒(2)，所述套筒(2)固定在所述第二盖板(12)上，内部装有驱动电机(3)；减速器(4)，支承在所述套筒(2)上与所述驱动电机(3)连接；还包括：至少两个连接板(5)，所述连接板一端与所述第一盖板(11)连接，另一端与所述第二盖板(12)连接，所述连接板(5)上安装有摇臂(6)；鼓轮(7)，套设在所述套筒(2)外侧与所述减速器(4)连接；牵引带(8)，一端与所述鼓轮(7)连接，另一端与所述摇臂(6)连接。本发明的驱动机构结构简单，能够控制航天器相关机构设备多次往复展开和收拢。

Description

驱动机构

技术领域

本发明涉及用于航天器设备的驱动机构，尤其涉及一种可驱动航天器抛物面通信天线、太阳伞电池或空间抓取装置等机构展开、收拢的驱动机构。

背景技术

现代航天器普遍装备了各种机构设备，用于在轨实现各种动作，满足航天器任务要求。然后这些机构设备在航天器的不同飞行阶段往往需要变化不同姿态。例如伽利略号木星探测器等深空探测航天器配备了大型可展开式高增益抛物面天线，用于在探测木星的过程中实现与地面的深空远距离通信。这种抛物面天线在航天器发射应处于收拢状态，以承受航天器发射入轨时的振动、冲击载荷。航天器入轨后，依靠火工机构解除对天线的束缚，天线在弹簧等机构的驱动下展开成抛物面，进入工作状态。

然而，上述现有技术中航天器的展开式机构存在一个明显的缺陷，就是只能展开不能收拢，并且驱动机构展开的动力源一般是火工品、弹簧等一次性产品，只能对结构进行一次展开操作。此外，火工品等发火后会产生强烈的冲击载荷，往往需要在航天器结构上采取增强机构、增加缓冲装置等措施来避免火工冲击载荷对航天器其他设备造成影响，这势必导致整个驱动机构结构复杂，组装困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单的驱动机构，解决现有技术中的驱动机构无法往复控制航天器机构设备展开、收拢的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种驱动机构，包括：

机架，包括第一盖板和第二盖板；

套筒，所述套筒固定在所述第二盖板上，内部装有驱动电机；

减速器，支承在所述套筒上与所述驱动电机连接；还包括：

至少两个连接板，所述连接板一端与所述第一盖板连接，另一端与所述第二盖板连接，所述连接板上安装有摇臂；

鼓轮，套设在所述套筒外侧与所述减速器连接；

牵引带，一端与所述鼓轮连接，另一端与所述摇臂连接。

根据本发明的一个方面，所述摇臂包括设备连接部和摇臂安装部，所述连接板上设有摇臂安装轴，所述摇臂安装部可转动地安装在所述摇臂安装轴上。

根据本发明的一个方面，所述摇臂安装部两侧分别安装有扇形轮，两个所述扇形轮分别连接一根牵引带。

根据本发明的一个方面，所述鼓轮外周壁上等间距设有凹槽，与两个所述扇形轮分别连接的两根所述牵引带安装在180°相对的两个所述凹槽中。

根据本发明的一个方面，沿竖直方向，其中一根所述牵引带安装在其中一个所述凹槽的上侧部分，另一根所述牵引带安装在另一个所述凹槽的下侧部分。

根据本发明的一个方面，在相邻所述凹槽中，沿竖直方向，其中一根所述牵引带安装在其中一个所述凹槽的上侧部分，另一根所述牵引带安装在另一个所述凹槽的下侧部分。

根据本发明的一个方面，所述扇形轮上可拆卸安装有第一牵引带压块，所述凹槽中可拆卸安装有第二牵引带压块。

根据本发明的一个方面，所述扇形轮的圆心与所述摇臂安装轴的轴心重合。

根据本发明的一个方面，所述减速器采用行星齿轮结构，包括：

减速器壳体；

行星架，安装在所述减速器壳体中；

行星轮，安装在所述行星架上；

行星齿圈，位于所述行星轮外围与所述行星轮连接；

太阳轮，与所述驱动电机连接。

根据本发明的一个方面，所述驱动电机为永磁式步进电机，所述牵引带由低碳冷轧刚材料制成。

根据本发明的一个方案，以驱动电机作为动力源，驱动经减速器、鼓轮、牵引带进而带动摇臂沿顺时针方向或逆时针方式转动，可以利用该驱动机构驱动抛物面天线、太阳电池伞、空间目标抓取机构等航天器结构的展开、收拢或运动暂停，并且可以往复多次上述操作。

此外，以上述方案驱动摇臂转动进而带动被驱动设备展开或收拢，相比于现有技术中依靠火工机构实现的方式而言，避免了使用火工机构后产生强烈的冲击载荷，也就避免了对于航天器的其他设备带来不利的影响。同时，现有技术依靠火工机构的方式，往往需要增设增强机构来缓解产生的冲击载荷，这就使得结构较为复杂。而发明的驱动机构很好的解决了这一问题，结构简单，组装方便快捷。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明一种实施方式的驱动机构的结构示图；

图2是示意性表示根据本发明一种实施方式的驱动机构的结构爆炸图；

图3是示意性表示根据本发明的驱动机构用于通信天线的组装示图；

图4是示意性表示根据本发明一种实施方式的机架示图；

图5是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂的结构示图；

图6是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂的拆分结构示图；

图7是示意性表示根据本发明的牵引带的结构示图；

图8是示意性表示根据本发明的鼓轮的结构示图；

图9是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂与鼓轮连接示图；

图10是示意性表示根据本发明的套筒与减速器的配合示图；

图11是示意性表示根据本发明的减速器的机构组成图；

图12是示意性表示根据本发明的摇臂处于收拢状态的示图；

图13是示意性表示根据本发明的摇臂处于30°时的状态示图；

图14是示意性表示根据本发明的摇臂处于60°时的状态示图；

图15是示意性表示根据本发明的摇臂处于展开状态示图；

图16是示意性表示根据本发明第二种实施方式的驱动机构示图；

图17是示意性表示根据本发明第二种实施方式的驱动机构展开过程示图；

图18是示意性表示根据本发明第二种实施方式的驱动机构处于展开状态的示图。

附图标号所代表的含义如下：

1、机架。11、第一盖板。12、第二盖板。2、套筒。3、驱动电机。4、减速器。5、连接板。6、摇臂。7、鼓轮。8、牵引带。61、设备连接部。62、摇臂安装部。51、摇臂安装轴。9、扇形轮。71、凹槽。91、第一牵引带压块。711、第二牵引带压块。41、减速器壳体。42、行星架。43、行星轮。44、行星齿圈。45、太阳轮。A、驱动机构。B、纵梁。621、轴承。9a、扇形轮安装螺栓。91a、第一牵引带压块安装螺钉。81、扇形轮连接端。82、鼓轮连接端。7a、鼓轮中心轴孔。4a、减速器输出轴。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1是示意性表示根据本发明一种实施方式的驱动机构的结构示图。图2是示意性表示根据本发明一种实施方式的驱动机构的结构爆炸图。结合图1和图2所示，本发明的驱动机构包括机架1、套筒2、驱动电机3、减速器4、连接板5、摇臂6、鼓轮7和牵引带8。

结合图1和图2所示，本发明的机架1包括第一盖板11和第二盖板12，第一盖板11位于第二盖板12正上方。连接板5位于第一盖板11和第二盖板12之间，连接板5的上端与第一盖板11连接，下端与第二盖板12连接。套筒2为两端具有开口、内部设有空腔的圆柱体状结构，套筒2固定在机架1的第二盖板12上，驱动电机3安装在套筒2的内部空腔中，在本实施方式中，驱动电机3采用永磁式步进电机。减速器4支承在于套筒2上与驱动电机3连接，鼓轮7为一端具有开口、内部设有空腔的圆柱状结构，鼓轮7开口端朝下地套设在套筒2的外侧与减速器4连接。如此便可以实现驱动电3机带动减速器4转动进而带动鼓轮7转动。

如图1、图2所示，连接板5上安装有摇臂6，摇臂6上可固定连接牵引带8，牵引带8的另一端固定连接在鼓轮7上，从而可以通过鼓轮7的转动带动牵引带8移动进而实现摇臂6的转动，当本发明的驱动结构与航天器机构设备连接后，即可实现机构设备的收拢或展开。在本实施方式中，连接板5设有六个，每个连接板5上均安装有一个摇臂6，即在本实施方式中，驱动机构设有六个摇臂6。如图3所示，本实施方式的驱动机构可以用于抛物面天线的收拢和展开，如图3所示，图中A表示具有六个摇臂6的驱动机构，B表示通信天线的纵梁，可以将六个摇臂6分别与通信天线的六个纵梁通过螺栓固定连接，当驱动电机3驱动摇臂6上下转动时即可实现通信天线的收拢或展开。

以下以具有六个摇臂6的驱动机构为例对驱动机构进行详细说明：

图4是示意性表示根据本发明一种实施方式的机架示图。如图4所示，在本实施方式中，机架1的第一盖板11沿周向等角度设有六个支架，第二盖板12与第二盖板11形状、尺寸相同，在第一盖板11和第二盖板12相对的支架之间安装有一个连接板5，共有六个连接板5。连接板5与第一盖板11、第二盖板12可以采用螺钉连接、卡接等方式进行固定。在本实施方式中，沿着连接板5宽度方向，连接板5中部设有通孔，通孔中安装有摇臂安装轴51用于安装摇臂6。在本实施方式中，第一盖板11、第二盖板12、连接板5均采用铝合金材料制成，摇臂安装轴采用45钢或合金钢材料制成。

图5是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂的结构示图。结合图1、图4和图5所示，摇臂6包括设备连接部61和摇臂安装部62。设备连接部61设有安装接口，可以与通信天线的纵梁进行配合固定。摇臂安装部62与设备连接部61固定连接，在本实施方式中，摇臂安装部62为两块相对设置的安装板，两块安装板之间具有一定的间隙，两块安装板内侧分别相对设有轴承安装槽，即两块安装板相对的侧面上相对设有轴承安装槽，轴承安装孔中安装有轴承621，摇臂安装部62用过轴承621与连接板5上的摇臂安装轴51的配合，实现摇臂6与连接板5的连接，摇臂6可以绕摇臂安装轴51上下转动。在本实施方式中，摇臂6采用铝合金材质机械加工制成。

图6是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂的拆分结构示图。结合图5和图6所示，本发明的摇臂6的摇臂安装部62的两侧分别安装有扇形轮9。在本实施方式，即两个安装板的外侧分别设有一个扇形轮9，在本实施方式中，可以通过扇形轮安装螺栓9a将扇形轮9安装在与摇臂安装部62上。在本实施方式中，扇形轮9上可拆卸安装有第一牵引带压块91，用于固定牵引带8。结合图6和图7所示，可以将牵引带8的扇形板连接端81放置于扇形板9的开槽中，用第一牵引带压块91将牵引带8的扇形板连接端81压紧，再利用第一牵引带压块安装螺钉91a将第一牵引带压块91与扇形板9固定。此外，为避免牵引带8的对于摇臂6的作用力产生消耗，在本实施方式中，将扇形板9安装位置设置为扇形板9的圆心与摇臂安装轴51的轴心重合。

图8是示意性表示根据本发明的鼓轮的结构示图。结合图6、图7和图8所示，牵引带8的扇形板连接端81与扇形板9固定连接，牵引带8的另一端即鼓轮连接端82与鼓轮7固定连接。如图8所示，在本实施方式中，鼓轮7采用铝合金材质制成，鼓轮的外周壁上间隔30°铣削出12个凹槽711，在本实施方式中，凹槽711从鼓轮7的上表面延伸至鼓轮7的下表面，凹槽711为矩形槽。每个凹槽711中均可固定连接一根牵引带8，也就是说，在本实施方式的驱动机构中，共设有12根牵引带8。牵引带8为低碳冷轧软钢带，可以柔软的缠绕到鼓轮7上。

在本实施方式中，牵引8的鼓轮连接端82用过第二牵引带压块711固定在鼓轮7的凹槽71中。具体地，在相邻凹槽71中，沿竖直方向，其中一根牵引带8安装在其中一个凹槽71的上侧部分，另一根牵引带8安装在对称的另一个所述凹槽71的下侧部分。牵引带8安装在凹槽71上侧或下侧的高度可以根据实际需要来进行设定。也就是说，本实施方式中的12根牵引带8分为两组，分别为固定在凹槽71上侧部分的六根牵引带8和固定在凹槽71下侧部分的六根牵引带8，固定在凹槽71上侧部分的牵引带8之间相互间隔60°，固定在凹槽71下侧部分的牵引带8之间相互间隔60°，固定在上侧部分的牵引带8和固定在下侧的牵引带8相间30°间隔设置。

图9是示意性表示根据本发明一种实施方式的摇臂与鼓轮连接示图。结合图1、图8和图9所述，将12根牵引带8按照上述布置方式与鼓轮7固定连接后，需要将12根牵引带8的另一端即扇形轮连接端81与摇臂6上的扇形轮9固定连接。具体地，如图9所示，选择两根180°相对的牵引带8分别与一个摇臂6上的两个扇形轮9进行连接，也就是说与两个扇形轮9分别连接的两根牵引带8安装在180°相对的两个凹槽71中，其中一根牵引带8固定在一个凹槽71的上侧部分，另一根牵引带8固定在另一个凹槽71的下侧部分。其余摇臂6与鼓轮7的连接方式与上述相同。以此种方式将鼓轮7与摇臂6进行连接，避免牵引带8之间发生干涉，另外采用上侧、下侧固定的方式有利于保证鼓轮7转动时带动摇臂6的转动更为顺畅。

结合图8、图10和图11所示，本发明的减速器用于将驱动电机3的高转速、小扭矩转化成驱动鼓轮7转动的低转速、大扭矩，在本实施方式中，减速器4采用大减速比的行星齿轮结构，包括减速器壳体41、行星架42、行星轮43、行星齿圈44和太阳轮45。在组装时，将驱动电机3安装在套筒2中，将减速器壳体4支承在套筒2上通过螺钉与驱动电机3连接，然后将太阳轮45安装到驱动电机3的输出轴上。行星架42安装在减速器壳体41中，行星轮43安装在行星架42上，在本实施方式中，行星轮43设置有3个。行星齿圈44位于行星轮43外围与行星轮43连接。然后将减速器4的输出轴4a与鼓轮7进行连接，具体地，鼓轮7设有鼓轮中心轴孔7a，可以将鼓轮中心轴孔7a通过一个紧固螺钉安装到减速器4的输出轴4a上。

在本实施方式中，减速器4的行星轮43均采用合金钢材料机械加工而成并经过表面硬化处理，行星架42为合金钢材料机械加工而成，行星齿圈44采用合金钢材料机械加工而成并经过表面硬化处理。

结合图12-15所示，本发明驱动机构的驱动通信天线等设备展开的过程如下：首先将步进电机控制器加电，驱动步进电机顺时针转动，步进电机带动减速器4内输入齿轮—太阳轮45，电机驱动力经减速器减4速，减速器4输出轴4a带动鼓轮7顺时针旋转，鼓轮7通过牵引带8带动摇臂6上的扇形轮9绕摇臂安装轴51逆时针摆动，摇臂6带动通信天线等被驱动机构展开，根据步进电机驱动步数累计到预定步数后，步进电机控制器控制步进电机停机，机构展开到位。机构展开到位后，由于大减速比减速器4和永磁式步进电机内部磁阻共同作用产生传动链不可逆的锁定效应，驱动机构处于锁定状态，被驱动的机构可转入工作状态。

驱动机构的收拢过程是展开过程的逆过程，首先将步进电机控制器加电，驱动步进电机逆时针转动，减速器4输出轴4a带动鼓轮7逆时针转动，鼓轮7通过牵引带8带动摇臂6上的扇形轮9绕摇臂安装轴51顺时针旋转，摇臂6带动通信天线等被驱动机构收拢，根据步进电机驱动步数累计到预定步数后，步进电机控制器控制步进电机停机，机构收拢到位。机构收拢到位后，驱动机构处于锁定状态，被驱动机构可转入非工作状态或在轨贮存状态。

此外，若想要实现被驱动机构展开或收拢到某一中间位置，则只需控制步进电机驱动步数累计到需要步数后停机，即可实现通信天线等被驱动机构处于中间锁定状态。

在本实施方式中，减速器4的减速比为K＝50，驱动电机3采用永磁式步进电机，步进电机的步距角η＝1.8°，即电机转一周需要100个脉冲驱动。本发明驱动机构展开运动控制实现过程如下：为了实现摇臂6转动90°，也就是说需要鼓轮7转动W1＝90°，则驱动电机3需转动W2＝k×W1＝50×90＝4500°，进而需要的步进电机驱动脉冲数n＝W2/η＝4500/1.8＝2500。步进电机驱动器加电，设置电机转速ω，设置驱动脉冲数n＝2500，启动步进电机，使步进电机顺时针转动，步进电机通过减速器4带动鼓轮7顺时针转动，鼓轮7通过牵引带8带动摇臂6逆时针摆动，当步进电机驱动步数累计到n＝2500后，步进电机控制器自动停机，驱动机构逆时针转动90°展开到位并处于锁定状态。驱动机构收拢运动控制过程是上述展开过程的逆过程，此处不再赘述。

若想实现抛物面天线纵梁从竖直状态展开到与竖直状态呈一定夹角位置，例如30°，则鼓轮7只需从初始位置顺时针转动30°，只需设置步进电机的驱动脉冲数n＝50×30/1.8＝833即可实现。

上述的具体实施案例是以驱动机构具有6个摇臂6来驱动具有6个纵梁的抛物面天线为例进行的叙述。实际上，按照本发明构思，驱动机构上的摇臂6的数量可以根据实际需要进行相应的增加或者减少，只需对机架1的第一盖板11、第二盖板12的结构以及连接板5的数量进行适应性的设计，保证能够容纳多个摇臂6不会发生干涉即可。

如图16-18所示，图中展示了一种能够驱动4个摇臂6运动的驱动机构，图16-18分别为摇臂6呈90°竖直、45°倾斜和0°水平三种运动状态。在此种实施方式中，摇臂6的转动动作同样有驱动电机3来进行驱动，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种驱动机构，包括：

机架(1)，包括第一盖板(11)和第二盖板(12)；

套筒(2)，所述套筒(2)固定在所述第二盖板(12)上，内部装有驱动电机(3)；

减速器(4)，支承在所述套筒(2)上与所述驱动电机(3)连接；其特征在于，还包括：

至少两个连接板(5)，所述连接板(5)一端与所述第一盖板(11)连接，另一端与所述第二盖板(12)连接，所述连接板(5)上安装有摇臂(6)；

鼓轮(7)，套设在所述套筒(2)外侧与所述减速器(4)连接；

牵引带(8)，一端与所述鼓轮(7)连接，另一端与所述摇臂(6)连接。

2.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述摇臂(6)包括设备连接部(61)和摇臂安装部(62)，所述连接板(5)上设有摇臂安装轴(51)，所述摇臂安装部(62)可转动地安装在所述摇臂安装轴(51)上。

3.根据权利要求2所述的驱动机构，其特征在于，所述摇臂安装部(62)两侧分别安装有扇形轮(9)，两个所述扇形轮(9)分别连接一根牵引带(8)。

4.根据权利要求3所述的驱动机构，其特征在于，所述鼓轮(7)外周壁上等间距设有凹槽(71)，与两个所述扇形轮(8)分别连接的两根所述牵引带(8)安装在180°相对的两个所述凹槽(71)中。

5.根据权利要求4所述的驱动机构，其特征在于，沿竖直方向，其中一根所述牵引带(8)安装在其中一个所述凹槽(71)的上侧部分，另一根所述牵引带(8)安装在另一个所述凹槽(71)的下侧部分。

6.根据权利要求4所述的驱动机构，其特征在于，在相邻所述凹槽(71)中，沿竖直方向，其中一根所述牵引带(8)安装在其中一个所述凹槽(71)的上侧部分，另一根所述牵引带(8)安装在另一个所述凹槽(71)的下侧部分。

7.根据权利要求5所述的驱动机构，其特征在于，所述扇形轮(9)上可拆卸安装有第一牵引带压块(91)，所述凹槽(71)中可拆卸安装有第二牵引带压块(711)。

8.根据权利要求3所述的驱动机构，其特征在于，所述扇形轮(9)的圆心与所述摇臂安装轴(51)的轴心重合。

9.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述减速器(4)采用行星齿轮结构，包括：

减速器壳体(41)；

行星架(42)，安装在所述减速器壳体(41)中；

行星轮(43)，安装在所述行星架(42)上；

行星齿圈(44)，位于所述行星轮(43)外围与所述行星轮(43)连接；

太阳轮(45)，与所述驱动电机(3)连接。

10.根据权利要求1所述的驱动机构，其特征在于，所述驱动电机(3)为永磁式步进电机，所述牵引带(8)由低碳冷轧刚材料制成。