CN109955227A - 一种指向机构、机械臂及航天器 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种指向机构，包括基座；若干转动连接件，所述转动连接件包括连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动；指向杆，所述指向杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接；至少两个驱动杆，所述驱动杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接，所述驱动杆的另一端通过不同的所述转动连接件分别连接至所述指向杆其中。本申请指向机构结构紧凑、简单及刚度高，且本申请指向机构能够使用较低成本实现高精度指向。
Description
技术领域
本申请涉及空间技术领域，特别涉及一种指向机构、机械臂以及包括所述指向机构的航天器。
背景技术
空间系统如通讯卫星、地球观测台和太空望远镜，都需要长时间精确地对准观测固定目标。指向机构是一类用来确定执行构件空间姿态的机构总称。它在航天工程应用领域具有多种用途，如卫星太阳能电池的定日跟踪指向和星载通信天线的定位指向等，都要求能够实现全方位大范围的空间姿态定向。
传统的指向系统利用万向节来实现数字天线的精确指向，通过两组正交万向架实现方位轴和仰角轴的旋转。这些系统都使用具有电机的串联机构来实现精准指向。具体如使用步进电机驱动万向架工作实现姿态调节，步进电机能够为指向机构的旋转提供非常精确和精细的步骤。
然而，这些系统具有响应时间、调整运动范围有限和由于系统设计带来的定位异常的问题。热真空试验也表明，传统的指向系统很难达到高精度。非线性、建立误差、非正交效应和热膨胀效应结合降低了传统利用万向架的指向系统的精度。
机械臂也属于一种空间指向机构，现有机械臂存在部分结构设计不合理、占用体积较大，限制了机械臂的应用场合。
因此，需要提供一种高精度、尺寸紧凑的空间指向机构。
发明内容
本申请要解决的是相关技术中空间指向机构精度低的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请第一方面，公开了一种指向机构，包括：
基座；
若干转动连接件，所述转动连接件包括连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动；
指向杆，所述指向杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接；
至少两个驱动杆，所述驱动杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接，所述驱动杆的另一端通过不同的所述转动连接件分别连接至所述指向杆。
可选地，所述指向机构还包括联动装置，所述联动装置包括至少三个连接端，所述至少三个连接端分别连接至所述指向杆以及所述驱动杆靠近基座的一端，所述联动装置能够带动所述指向杆以及所述驱动杆联动。
可选地，所述联动装置为弹性组件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端固定连接或者可拆卸连接。
可选地，所述弹性组件还包括连接件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端同时连接至所述连接件。
可选地，所述弹性组件包括至少三根拉伸弹簧。
可选地，所述拉伸弹簧为恒力弹簧。
可选地，所述驱动杆上设置有驱动器，用于驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
可选地，所述指向杆和所述驱动杆上均设有刻度。
可选地，所述指向杆的另一端上安装有载荷安装连接口。
可选地，所述转动连接件还包括球铰链，所述连接头部分设置于所述球铰链内，并且所述连接头能够在二维或者三维方向上转动。
可选地，所述球铰链包括两个以上瓣叶，所述两个以上瓣叶绕同一轴线依次设置，且所述两个以上瓣叶的两端分别可转动相连；其中，两个以上所述瓣叶形成半封闭空间。
可选地，所述球铰链还包括紧固件，用于连接两个以上所述瓣叶并调整两个以上所述瓣叶的相对位置。
可选地，至少一个所述瓣叶上设有连接口。
可选地，所述驱动器包括电机和丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构分别连接所述电机和所述驱动杆，用于在所述电机作用下驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
本申请的另一方面提供一种机械臂，包括：
至少两个本申请实施例所述的指向机构；以及
第一指向连接件，所述第一指向连接件连接相邻的两个所述指向机构。
可选地，所述相邻两个指向机构的指向杆之间形成一定夹角，所述夹角在0度至180度之间变化。
可选地，位于所述机械臂端部的指向机构连接有第二指向连接件。
本申请的第三方面提供一种航天器，包括本申请实施例所述的指向机构。
采用上述技术方案，本申请所述的指向机构具有如下有益效果：
本申请公开的所述指向机构为一种并联机构，至少两个驱动杆与指向杆通过转动连接件并联，带动所述指向杆绕着相应的转动连接件的中心旋转。至少两个所述驱动杆通过在长度方向和倾斜度的调整，精确调节所述指向机构的不同姿态角度。该指向机构结构紧凑、简单、刚度高、不存在跟踪过多的问题，且该指向机构能够使用较低成本实现高精度的指向。
进一步地，所述驱动杆的伸缩采用线性驱动器，与其他驱动器相比，该发明的驱动器由于其质量和体积优势，特别适用于小型卫星和立方体卫星。
进一步地，该发明的并联指向机构还可以用于机械臂，优化现有的机械手的设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
图1为本申请一个实施例的指向机构的结构图；
图2为本申请实施例的人体手臂解剖示意图；
图3为本申请一个实施例的指向机构立体示意图；
图4为本申请一个实施例的弹性组件的示意图；
图5为本申请一个实施例的驱动杆的结构示意图；
图6为本申请一个实施例的转动连接件的结构示意图；
图7为本申请一个实施例的球铰链立体图；
图8为图7的侧视图；
图9为本申请一个实施例的驱动器结构示意图；
图10为本申请一个实施例的指向范围节点分析示意图；
图11为本申请一个实施例的机械臂的示意图；
以下对附图作补充说明：
100-基座；
200-转动连接件；201-连接头；202-球铰链；2021-瓣叶；2021a-第一瓣叶；2021b-第二瓣叶；2021c-第三瓣叶；203-紧固件；
300-指向杆；301-载荷安装口；
400-驱动杆；401-第一伸缩杆；402-驱动器；403-第二伸缩杆；4021-电机；4022-减速器；4023-联轴器；4024-滚珠丝杆；4025-直线导轨；4026-滑块；
501-肩关节；502-肘关节；503-骨头；504-二-头肌；505-三头肌；
600-弹性组件；601-第一弹性元件；602-第二弹性元件；603-第三弹性元件。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
为解决相关技术中空间指向机构精度低的技术问题，图1示出了本申请一个实施例的指向机构的结构简图；图2示出了本申请实施例的人体手臂解剖示意图；图3示出了本申请一个实施例的指向机构立体示意图；下面结合图1至图3对本申请的技术方案进行介绍。如图1和图3所示，本申请实施例提供一种指向机构，包括：
基座100；
若干转动连接件200，所述转动连接件200包括连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动；
指向杆300，所述指向杆300的一端通过所述转动连接件200与所述基座100连接；
两个驱动杆400，两个所述驱动杆400的一端分别通过所述转动连接件200与所述基座100连接，两个所述驱动杆400的另一端分别通过不同的所述转动连接件200分别连接至所述指向杆300。
需要说明的是，该实施例中，不同的所述转动连接件200是指所述若干转动连接件200中另外的所述转动连接件200，而不是新的转动连接件200，若干转动连接件200本身的构造是相同的。
具体的，在本申请的一些实施例中，如图1和图3所示，所述基座100为支撑结构，所述基座100上设有三个所述转动连接件200，记为转动连接件200O、转动连接件200A和转动连接件200B，三个所述转动连接件200呈三角形分布。
本领域技术人员应该理解，由于所述驱动杆400的一端分别通过所述转动连接件200与所述基座100连接，当所述驱动杆400的数量发生变化时，所述基座100上设置的转动连接件200的数量也随之发生变化。
所述指向杆300的一端通过所述转动连接件200O与所述基座100相连，所述指向杆300的另一端向远离所述基座100方向延伸，所述指向杆300上还设有两个间隔分布的所述转动连接件200，记为转动连接件200C和转动连接件200D；
本实施例中，两个所述驱动杆400记为第一驱动杆400a和第二驱动杆400b，其中，第一驱动杆400a是指位于所述转动连接件200A和所述转动连接件200C之间的驱动杆，第二驱动杆是指位于所述转动连接件200B和所述转动连接件200E之间的驱动杆；所述第一驱动杆400a的一端通过所述转动连接件200A与所述基座100相连，所述第一驱动杆400a的另一端通过所述转动连接件200C与所述指向杆300相连；所述第二驱动杆400b的一端通过所述转动连接件200B与所述基座100相连，所述第二驱动杆400b的另一端通过所述转动连接件200E与所述指向杆300相连。
该实施例中，两个所述驱动杆400分别通过单独的转动连接件200与所述指向杆相连，即属于一种并联的连接关系；且两个所述驱动杆400能够分别伸缩运动，带动所述指向杆绕着所述转动连接件200O的中心旋转。两个所述驱动杆400通过不同长度和不同倾斜度的组合，以满足精确调节所述指向机构的不同姿态角度。
本领域技术人员应该理解，由于所述驱动杆400的另一端分别通过不同的转动连接件200与所述指向杆300相连，因此，所述指向杆300上设置的转动连接件200的数量大于或者等于所述驱动杆400的数量。优选的，所述指向杆300上设置的转动连接件200的数量等于所述驱动杆400的数量。
该实施例的指向机构的工作原理类似于人体手臂。如图2所示，图2中501代表肩关节，502代表肘关节，503代表骨头，504代表二头肌，505代表三头肌；人体的肩关节是一种球关节结构，这种独特的结构使得人体能够自由地旋转整个手臂；同时肩关节周围的肌肉通过收缩(如三头肌收缩)和放松(如二头肌放松)牵拉肩关节周围的骨骼。基于这种构造，将人体的肩关节能够抽象成一个并联的指向机构。如图3所示，图3中所述第一驱动杆400a和所述第二驱动杆400b相当于人体的骨骼和肌肉，所述第一驱动杆400a的伸缩和/或第二驱动杆400b的伸缩能够带动所述指向杆300绕所述转动连接件200O的中心旋转，类似于人体手臂的肌肉能够牵拉肩关节周围的骨头运动。
该实施例中，所述基座100为本申请指向机构的支撑结构，其可以设计为任意形状，包括但不限于圆形、三角形、四边形、五边形……多边形等，优选的，所述基座100为三角形，三个所述转动连接件200可以分布在所述基座100的三个角上，占据的空间小。
在本申请的其他实施例中，所述指向机构还可以包括三个或三个以上的驱动杆，三个或三个以上的驱动杆均采用并联的连接方式通过所述转动连接件与所述指向杆连接，驱动杆的数量不作为对本申请的限制。
在本申请的一些实施例中，所述指向机构还包括联动装置600，所述联动装置600包括至少三个连接端，所述至少三个连接端分别连接至所述指向杆300以及所述驱动杆400靠近基座100的一端，所述联动装置600能够带动所述指向杆300以及所述驱动杆400联动。即，可以理解为，所述指向杆300靠近基座的一端和所述至少两个驱动杆400靠近基座100的一端通过联动装置600拉结在起来，当其中指向杆300或驱动杆400发生转动或倾斜等状态时，牵动与其连接的部件一起运动，以保持动平衡的状态。
在本申请的一些实施例中，所述联动装置600为弹性组件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端固定连接或者可拆卸连接。
具体地，图4示出了联动装置600为弹性组件时，所述弹性组件的结构示意图，结合图1、图3和图4所示，所述弹性组件具有三个连接端，所述弹性组件包括第一弹性元件601、第二弹性元件602和第三弹性元件603，所述第一弹性元件601的一端、所述第二弹性元件602的一端和所述第三弹性元件603的一端相交于一点；所述第一弹性元件601的另一端与所述指向杆300相连，所述第二弹性元件602的另一端与所述第一驱动杆相连，所述第三弹性元件603的另一端与所述第二驱动杆相连。具体地，可以理解为，第一弹性元件601、第二弹性元件602和第三弹性元件603以设定的夹角依次排列，三者的一端直接连结于一点或三者的一端通过绳子拉结于一点或三者的一端星形连接或三者的一端Y形连接。所述的夹角根据所述第一弹性元件601、第二弹性元件602和第三弹性元件603的材料，弹性，长度等参数通过力学计算获取，所述的夹角例如为120°。
所述第一弹性元件601的另一端与所述指向杆300相连，所述第二弹性元件602的另一端与所述第一驱动杆相连，所述第三弹性元件603的另一端与所述第二驱动杆相连。
在本申请的一些实施例中，所述弹性组件还可以包括连接件，所述弹性组件的所述至少三个连接端对应的另一端同时连接至所述连接件。
具体地，可以理解为，所述弹性组件包括第一弹性元件、第二弹性元件、第三弹性元件和连接件，所述第一弹性元件、所述第二弹性元件和所述第三弹性元件环绕所述连接件间隔设置，所述第一弹性元件的一端、所述第二弹性元件的一端和所述第三弹性元件的一端分别与所述连接件相连；所述第一弹性元件的另一端与所述指向杆相连，所述第二弹性元件的另一端与所述第一驱动杆相连，所述第三弹性元件的另一端与所述第二驱动杆相连；其中，所述第一弹性元件、所述第二弹性元件和所述第三弹性元件的作用力线相交于一点。
需要说明的是，第一弹性元件、第二弹性元件和第三弹性元件三者各自的长度和各自的拉力都是预先算好的，其中任意一个弹性元件的状态发生变化，另外两个弹性元件随之变化的程度也是经过计算确定的，所述设定可以确保所述弹性组件达到预设的动平衡状态。
在本申请的一些实施例中，所述弹性组件包括至少三根拉伸弹簧。
具体地，如图4所示，所述第一弹性元件601、所述第二弹性元件602和所述第三弹性元件603均为拉伸弹簧。该实施例的拉伸弹簧是指承受轴向拉力的螺旋弹簧，拉伸弹簧能吸收与储存能量，拉伸弹簧在伸展或拉开的时候会产生反向力。该实施例的拉伸弹簧可以在安装好后具有预设的张紧力。
优选地，所述拉伸弹簧为恒力弹簧。该实施例的恒力式弹簧是指一种特殊的拉伸弹簧，由螺旋形的金属片组成，金属片的内侧弯曲，这样每圈金属片都紧紧地绕在它里面的一圈金属片上。当金属片拉伸时，内应力抵抗负载力，这与普通的拉伸弹簧完全一样，但是系数接近于零。
在本申请的一些实施例中，所述驱动杆上设置有驱动器，用于驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
具体地，图5示出了本申请一种实施例的驱动杆的结构示意图，所述驱动杆包括依次相连的第一伸缩杆401、驱动器402和第二伸缩杆403，所述第一伸缩杆401远离所述第二伸缩杆403的一端通过所述转动连接件与所述基座相连，所述第二伸缩杆403远离所述线性驱动器402的一端通过所述转动连接件与所述指向杆相连，所述驱动器402能够驱动所述第二伸缩杆403相对于所述第一伸缩杆401做伸缩运动。该实施例的驱动器402为线性驱动器，利用所述驱动器402能够实现该实施例所述第一驱动杆的自动调节。
在本申请的一些实施例中，所述驱动杆包括两个伸缩杆以及连接所述伸缩杆的锁紧件。以第一驱动杆为例，所述第一驱动杆包括第一伸缩杆、锁紧件和第二伸缩杆，所述第一伸缩杆与所述第二伸缩杆相连，所述第一伸缩杆远离所述第二伸缩杆的一端通过所述转动连接件与所述基座相连，所述第二伸缩杆远离所述第一伸缩杆的一端通过所述转动连接件与所述指向杆相连，所述第二伸缩杆能够相对于所述第一伸缩杆做伸缩运动，所述锁紧件用于对第所述二伸缩杆的伸缩进行限位。即，通过松开所述锁紧件以调节所述第二伸缩杆伸出所述第一伸缩杆的长度，并通过锁紧所述锁紧件进行固定。
通过手动调节驱动杆的方式也可以实现指向机构的运动，特别适用于一些模型类指向机构的演示或者可以方便人为手动操作的指向机构。
在本申请的一些实施例中，所述指向杆和所述驱动杆上均可以设有刻度，用于指示驱动杆的伸缩长度，以便于精确调节。该方案适用于手动调节的指向机构上。
在本申请的一些实施例中，如图3所示，所述指向杆的另一端上安装有载荷安装连接口301，用于安装载荷。
在本申请的一些实施例中，所述转动连接件包括球铰链以及部分设置于所述球铰链内的连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动。
图6示出了本申请一个实施例的转动连接件的结构示意图，图7示出了本申请一个实施例的球铰链立体图，图8为图7的侧视图。结合图6至图8所示，所述转动连接件包括连接头201和球铰链202，所述球铰链202形成用于容纳所述连接头201的半封闭空间，所述连接头201设置于所述半封闭空间，所述连接头201的部分表面露出所述半封闭空间，也就是说，所述的连接头部分设置于所述球铰链202内。
所述连接头201为球体或类球体结构。
需要说明的是，该实施例中，所述连接头201也可以理解为球关节，所述连接头201能够与相应的杆件可拆卸连接或者固定连接，在本申请的一些实施例中，所述连接头201还可以与相应的杆件一体成型。
在本申请的一些实施例中，结合图6至图8所示，所述球铰链202包括两个以上瓣叶2021，所述瓣叶2021绕同一轴线依次设置，两个以上所述瓣叶2021的一端连接至所述轴线上的一个固定点，两个以上所述瓣叶2021的另一端连接至所述轴线上的另一个固定点，相邻所述瓣叶2021之间的夹角可调；
其中，所述瓣叶2021具有弧形内表面，两个以上所述瓣叶2021包围形成一个半封闭空间。
在本申请的一些实施例中，结合图6至图8所示，所述球铰链202还包括紧固件203，用于连接两个以上所述瓣叶2021并调整两个以上所述瓣叶2021之间的相对位置，当所述两个以上所述瓣叶2021之间的相对位置确定后，所述紧固件可固定所述相对位置。具体的，参考图7所示，每个所述瓣叶2021的两端均设有装配耳，两个以上所述瓣叶2021的装配耳依次堆叠连接，一个所述紧固件203贯穿并锁紧两个以上所述瓣叶2021一端的所述装配耳，两个以上所述瓣叶2021的另一端也采用同样结构固定。
在本申请的一些实施例中，至少一个所述瓣叶2021上设有连接口，用于连接杆件。具体的，即所述转动连接件需要和杆件或者基座相连的瓣叶2021上设有连接口。
在本申请的一些实施例中，如图8所示，所述多个瓣叶2021包括第一瓣叶2021a、第二瓣叶2021b和第三瓣叶2021c，所述第二瓣叶2021b位于所述第一瓣叶2021a和所述第三瓣叶2021c之间，所述第一瓣叶2021a远离所述第二瓣叶2021b的边缘和所述第三瓣叶2021c远离所述第二瓣叶2021b的边缘之间形成球铰开口角，记为γ，所述球铰开口角用于限制所述连接头的转动角度。
该实施例中，所述第一瓣叶2021a的圆弧角记为β1，所述第二瓣叶2021b的圆弧角记为β2，所述第三瓣叶2021c的圆弧角记为β3，如图8所示，β1、β2和β3三者的角度相同。在其他可能的实施方式中，β1、β2和β3的大小还可以任意两个相同，或都不相同。
在本申请的一些实施例中，所述球铰开口角γ的取值范围为45°至179°。
在本申请的一些实施例中，所述驱动器包括电机和丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构分别连接所述电机和所述驱动杆，用于在所述电机作用下驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
图9示出了本申请一个实施例的驱动器结构示意图，具体地，所述驱动器包括电机4021、减速器4022、联轴器4023、滚珠丝杆4024、直线导轨4025和滑块4026(也可以理解为螺母)，所述减速器4022安装在电机4021上，可以调节所述电机4021的转速，所述电机4021通过联轴器4023与滚珠丝杆4024连接，所述滚珠丝杆4024上设有滑块4026，所述滑块4026可以在直线导轨4025上滑动。通过所述滚珠丝杆4024和直线导轨4025，将所述电动的旋转运动转化为直线运动，从而实现在所述驱动杆400的伸缩控制。所述电动的扭矩通过联轴器4023传递到所述滚珠丝杆4024上，从而推动所述滚珠丝杆4024的滑块4026，在直线导轨4025的引导下，实现从旋转运动到直线运动的转换。
与其他驱动器相比，当所述驱动杆采用该实施例的驱动器结构时，由于该实施例的所述驱动器具有质量和体积的优势，因此，该实施例的指向机构特别适用于小型卫星和立方体卫星。
图10示出了本申请一个实施例的指向范围节点分析示意图。结合图3和图10对该发明一种指向机构进行分析。如图3和图10所示，在笛卡尔坐标系下，向量是该指向机构的指向方向。
根据和可以得到
如图10所示，
则向量的取向为半球，这个理论范围能够满足大多数指向机构的需要。
当时，可以求得最大指向误差，即为δ。
其中，b为的长度误差，c为的长度误差，且
具体地，例如b＝c＝0.01mm，可以计算得到所述最大指向误差6≈0.004°，可见该实施例的指向机构的精度很高。其中，b和c的值均与线性驱动器的长度误差以及所述球关节的间隙有关。
图11示出了本申请一个实施例的机械臂700，如图11所示，所述机械臂700至少包括两个指向机构，附图中标记为第一指向机构701和第二指向机构702，所述第一指向机构701和第二指向机构702可以是本申请实施例中所提供的任意一种指向机构，所述第一指向机构701和第二指向机构702之间通过第一指向连接件703连接，使所述第一指向机构701和第二指向机构702的指向杆之间形成一定夹角。第一指向机构701和第二指向机构702的指向杆之间的夹角范围为0度至180度。由于所述指向机构701和702的指向杆可在二位和三维方向上转动，所述指向机构701和702形成一个类似人体手臂的机械臂。结合图2和图11所示，所述指向机构的第一球铰相当于人体的肩关节501；另一个指向机构的第一球铰相当于人体的肘关节502。
在本申请的一些实施例中，所述的第一指向机构701的指向杆通过所述第一指向连接件703与第二指向机构702的基座连接，在所述指向杆远离基座的一段上形成有载荷安装连接口时，所述第一指向机构701的载荷安装连接口与第二指向机构702的基座连接。所述第一指向连接件703可以是规则形状或者不规则形状的任何可用连接件。在本申请的一些实施例中，所述的第一指向连接件703两端端口形状和尺寸与载荷安装连接口或者基座的形状和尺寸匹配。
在本申请的一些实施例中，所述的第二指向机构703上还连接有第二指向连接件704，用于发挥机械手的功能或者连接其他机械手。
如图11所示，标出了所述机械臂各位置的向量方向，其中，坐标系O2X2Y2Z2到坐标系O1X1Y1Z1的传递矩阵为M， 其中，为坐标系O2X2Y2Z2下的向量，在坐标系O1X1Y1Z1下的等于
该实施例的机械臂结构简单，计算量也比传统的机械臂要小很多，可以在空间领域中广泛应用。
一种航天器，包括本申请实施例所述的指向机构。由于本申请实施例的指向机构成本低、易于加工、高精度、算法简单等优势，本申请实施例所述的指向机构也可以应用于航天器如小型卫星上。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
综上，本申请实施例提供了以下技术方案：
1.一种指向机构，其特征在于，包括：基座；若干转动连接件，所述转动连接件包括连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动；指向杆，所述指向杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接；至少两个驱动杆，所述驱动杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接，所述驱动杆的另一端通过不同的所述转动连接件分别连接至所述指向杆。
2.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述指向机构还包括联动装置，所述联动装置包括至少三个连接端，所述至少三个连接端分别连接至所述指向杆以及所述驱动杆靠近基座的一端，所述联动装置用于带动所述指向杆以及所述驱动杆联动。
3.根据权利要求2所述的指向机构，其特征在于，所述联动装置为弹性组件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端固定连接或者可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的指向机构，其特征在于，所述弹性组件还包括连接件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端同时连接至所述连接件。
5.根据权利要求3或4所述的指向机构，其特征在于，所述弹性组件包括至少三根拉伸弹簧。
6.根据权利要求5所述的指向机构，其特征在于，所述拉伸弹簧为恒力弹簧。
7.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述驱动杆上设置有驱动器，用于驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
8.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述指向杆和所述驱动杆上均设有刻度。
9.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述指向杆的另一端上安装有载荷安装连接口。
10.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述转动连接件还包括球铰链，所述连接头部分设置于所述球铰链内，并且所述连接头能够在二维或者三维方向上转动。
11.根据权利要求10所述的指向机构，其特征在于，所述球铰链包括两个以上瓣叶，所述两个以上瓣叶绕同一轴线依次设置，且所述两个以上瓣叶的两端分别可转动相连；其中，两个以上所述瓣叶形成半封闭空间。
12.根据权利要求11所述的指向机构，其特征在于，所述球铰链还包括紧固件，用于连接两个以上所述瓣叶并调整两个以上所述瓣叶的相对位置。
13.根据权利要求12所述的指向机构，其特征在于，至少一个所述瓣叶上设有连接口。
14.根据权利要求7所述的指向机构，其特征在于，所述驱动器包括电机和丝杠螺母机构，所述丝杠螺母机构分别连接所述电机和所述驱动杆，用于在所述电机作用下驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
15.一种机械臂，其特征在于，包括：至少两个如权利要求1-14中任一项所述的指向机构；第一指向连接件，连接相邻的两个所述指向机构。
16.如权利要求15所述的机械臂，其特征在于，所述相邻两个指向机构的指向杆之间形成一定夹角，所述夹角在0度至180度之间变化。
17.如权利要求16所述的机械臂，其特征在于，位于所述机械臂端部的指向机构连接有第二指向连接件。
18.一种航天器，其特征在于，包括如权利要求1-14任意一项所述的指向机构。
Claims (10)
1.一种指向机构，其特征在于，包括：
基座；
若干转动连接件，所述转动连接件包括连接头，所述连接头能够在二维或者三维方向上转动；
指向杆，所述指向杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接；
至少两个驱动杆，所述驱动杆的一端通过所述转动连接件与所述基座连接，所述驱动杆的另一端通过不同的所述转动连接件分别连接至所述指向杆。
2.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述指向机构还包括联动装置，所述联动装置包括至少三个连接端，所述至少三个连接端分别连接至所述指向杆以及所述驱动杆靠近基座的一端，所述联动装置用于带动所述指向杆以及所述驱动杆联动。
3.根据权利要求2所述的指向机构，其特征在于，所述联动装置为弹性组件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端固定连接或者可拆卸连接。
4.根据权利要求3所述的指向机构，其特征在于，所述弹性组件还包括连接件，所述弹性组件的所述至少三个连接端的另一端同时连接至所述连接件。
5.根据权利要求3或4所述的指向机构，其特征在于，所述弹性组件包括至少三根拉伸弹簧。
6.根据权利要求5所述的指向机构，其特征在于，所述拉伸弹簧为恒力弹簧。
7.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述驱动杆上设置有驱动器，用于驱动所述驱动杆转动或者伸缩。
8.根据权利要求1所述的指向机构，其特征在于，所述指向杆和所述驱动杆上均设有刻度。
9.一种机械臂，其特征在于，包括：
至少两个如权利要求1-8中任一项所述的指向机构；
第一指向连接件，连接相邻的两个所述指向机构。
10.一种航天器，其特征在于，包括如权利要求1-8中任意一项所述的指向机构。
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|---|---|---|---|
| CN201910274183.9A CN109955227B (zh) | 2019-04-04 | 2019-04-04 | 一种指向机构、机械臂及航天器 |
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