CN110510151A - 一种铰接式伸展臂展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空航天展开机构技术领域，公开了一种铰接式伸展臂展开机构，包括可展单元组，和可收藏并展开可展单元的展开控制机构；可展单元为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，其侧棱可向内折叠至两底面呈收藏状态；展开控制机构包括支撑框架、滑动组件和驱动组件，驱动组件用于向滑动组件提供动力，滑动组件可沿支撑框架往复运动，将收藏状态下的可展单元组逐个解锁，至可展单元完全展开。本发明的一种铰接式伸展臂展开机构具有高刚度、高收藏效率伸展臂等优点。

Description

一种铰接式伸展臂展开机构

技术领域

本发明涉及航空航天展开机构技术领域，特别涉及一种铰接式伸展臂展开机构。

背景技术

伸展臂是大型电池阵、天线等大型空间结构的主承力结构。随着卫星通信技术、深空探测和地球观测等空间任务的高速发展，空间站、太空发电站、大功率电推进等大型航天器对直线伸展臂的需求达到几十米甚至上百米。受到航天运载工具运载空间的限制，伸展臂在发射阶段呈收拢状态，待航天器进入预定轨道之后再展开工作。

目前航天器上应用较多的伸展臂包括盘绕式伸展臂和铰接式伸展臂。盘绕式伸展臂的纵梁为连续的弹性杆，纵梁在收拢状态下缠绕成螺旋形，从而实现轴向小包络收藏；伸展臂在纵梁弹性恢复力的作用下回复至原有的直线状态。盘绕式伸展臂质量轻、结构简单，但由于纵梁需要螺旋变形收藏，其展开后的刚度也较差。铰接式伸展臂通过纵梁在铰链处的折叠实现收拢展开，纵梁不需要通过变形实现高效收藏，承载力较高。但现有的铰接式伸展臂在旋转对称面内折叠，并在展开控制机构长度方向空置一段收藏空间，以保证单节伸展臂展开到位后推出，收藏效率较低；且采用丝杠螺母的驱动方式，展开次序控制机构复杂，重量较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对大型航天器对高刚度、高收藏效率伸展臂的迫切需求，提供了一种铰接式伸展臂展开机构。

本发明的技术方案如下：

一种铰接式伸展臂展开机构，包括可展单元组，和可收藏并展开可展单元的展开控制机构，所述的可展单元组包括由若干节沿展开方向阵列布置的所述的可展单元构成；

所述的可展单元为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，其侧棱可向内折叠至两底面呈收藏状态，其中，侧棱由两节杆件通过180°铰链连接而成，侧棱与底面通过90°铰链连接而成；

所述的展开控制机构包括支撑框架、滑动组件和驱动组件，所述的驱动组件用于向所述的滑动组件提供动力，所述的支撑框架与所述的可展单元适配，所述的可展单元组藏设于所述的支撑框架上，所述的滑动组件可沿所述的支撑框架往复运动，将收藏状态下的所述的可展单元组逐个解锁，至所述的可展单元完全展开。

在本发明的一实施例，在所述的可展单元底面的顶角处均设有张拉机构，沿两底面的对角线通过所述的张拉机构交叉连接拉索。

在本发明的一实施例，所述的支撑框架为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，所述的可展单元组可收藏于两底面之间，且所述的可展单元可沿侧棱向展开方向运动。

在本发明的一实施例，沿所述的支撑框架的侧棱设有导向槽，所述的可展单元底面的顶角处均设有导向片，所述的导向片可沿所述的导向槽向展开方向运动。

在本发明的一实施例，所述的滑动组件为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，沿其侧棱设有滑块；沿所述的支撑框架的侧棱设有导轨，所述的滑块可在所述的导轨上往复运动。

在本发明的一实施例，沿所述的可展单元的展开方向，在近所述的支撑框架末端的侧棱上均设有释放控制机构，在近所述的滑动组件末端的侧棱上设有拨齿，所述的拨齿往复作用在所述释放控制机构上，控制所述的可展单元逐节有序地释放。

在本发明的一实施例，在所述的可展单元底面的顶角处设有适配器，在近所述的滑动组件末端底面的顶角处设有抓持所述的适配器的抓齿机构。

在本发明的一实施例，所述的驱动组件架设于所的支撑框架的两底面上，其包括电机和传送带。

在本发明的一实施例，所述的可展单元、所述的支撑组件和所述的滑动组件均为三棱柱。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明的一种铰接式伸展臂展开机构，可展单元在棱柱形伸展臂的侧面内折叠收拢，展开控制机构长度方向都可布置可展单元，具有很高的收藏效率，相同的收藏包络下能够展开更长的伸展臂；

2)本发明的一种铰接式伸展臂展开机构，采用传送带或链驱动滑动组件往复运动，并通过循环运动触发释放控制机构，使可展单元依次有序展开，一定程度上降低了机构复杂度和整体重量；

3)本发明的一种铰接式伸展臂展开机构，铰接式可展单元完全展开后，展开控制单元的抓持机构与最后一个可展横框锁紧固接，提高伸展臂根部的刚度和强度。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例的一种铰接式伸展臂展开机构折叠收藏状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种铰接式伸展臂展开机构展开过程状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种铰接式伸展臂展开机构展开到位状态下的结构示意图；

图4为可展单元组1的结构示意图；

图5为图4的A处的局部放大图；

图6为展开控制机构2的结构示意图；

图7为图6的滑动组件22运动到最外端的结构示意图；

图8为支撑框架21的结构示意图；

图9为滑动组件22的结构示意图；

图10为驱动组件23的结构示意图。

图中标记：1-可展单元组、11-可展单元、111-侧棱、1111-杆件、1112-180°铰链、1113-90°铰链、112-底面、113-张拉机构、12-拉索、13-导向片、14-适配器、2-展开控制机构、21-支撑框架、211-侧棱、212-底面、213-导向槽、214-导轨、215-释放控制机构、22-滑动组件、221-侧棱、222-底面、223-滑块、224-拨齿、225-抓齿机构、23-驱动组件、231-电机、232-传送带。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1～10所示，本发明的一实施例公开了一种铰接式伸展臂展开机构，包括可展单元组1，和可收藏并展开可展单元11的展开控制机构2，所述的可展单元组1包括由若干节沿展开方向阵列布置的所述的可展单元11构成；

所述的可展单元11为一棱柱，包括若干条侧棱111和两个底面112，其侧棱111可向内折叠至两底面112呈收藏状态，其中，侧棱111由两节杆件1111通过180°铰链1112连接而成，侧棱111与底面112通过90°铰链1113连接而成；

可展单元11沿展开方向阵列布置，相连可展单元11共用一个底面112，组成铰接式伸展臂，伸展臂展开后呈棱柱形；两节杆件1111、180°铰链1112和90°铰链1113组成平面连杆机构，在棱柱的侧面内运动，铰链展开到位后自锁定；该展开机构处于收藏状态时，侧棱111以180°铰链1112为轴向内折叠，侧棱111与底面112以90°铰链1113为轴，两底面112合拢；

所述的展开控制机构2包括支撑框架21、滑动组件22和驱动组件23，所述的驱动组件23用于向所述的滑动组件22提供动力，所述的支撑框架21与所述的可展单元11适配，所述的可展单元组1藏设于所述的支撑框架21上，所述的滑动组件22可沿所述的支撑框架21往复运动，将收藏状态下的所述的可展单元组1逐个解锁，至所述的可展单元11完全展开。

参见图5所示，在本发明的另一实施例，在所述的可展单元11底面112的顶角处均设有张拉机构113，沿两底面112的对角线通过所述的张拉机构113交叉连接拉索12。拉索12通过张拉机构113交叉连接相邻的两个底面112，拉索12位于棱柱的侧面内。该张拉机构113用于可展单元11在完全展开前，将对应拉索卷绕收藏，避免拉索与其他结构干涉、钩挂，并为拉索提供恒定的张力，保证伸展臂展开后的扭转刚度。

参见图6～8所示，为了更好地与可展单元11适配，在本发明的又一实施例，所述的支撑框架21优选为一棱柱，包括若干条侧棱211和两个底面212，且进一步优选，所述的可展单元组1可收藏于两底面212之间，所述的可展单元11可沿侧棱211向展开方向运动，于此，展开控制机构2的展开长度方向上都可布置可展单元11，具有很高的收藏效率，在相同的收藏包络下，能够展开更长的伸展臂。

进一步优选，沿所述的支撑框架21的侧棱211设有导向槽213，所述的可展单元11底面112的顶角处均设有导向片13，所述的导向片13可沿所述的导向槽213向展开方向运动。从整个可展单元组1看，导向槽213约束可展单元组1阵列布置的导向片13，使可展单元11仅能沿展开方向直线运动。

参见图6和图9所示，在本发明的又一实施例，所述的滑动组件22为一棱柱，包括若干条侧棱221和两个底面222，沿其侧棱221设有滑块223；沿所述的支撑框架21的侧棱211设有导轨214，所述的滑块223可在所述的导轨214上往复运动，于此，滑动组件22可在支撑框架21上往复运动。

优选，沿所述的可展单元11的展开方向，在近所述的支撑框架21末端的侧棱211上均设有释放控制机构215，在近所述的滑动组件22末端的侧棱221上设有拨齿224，所述的拨齿224往复作用在所述释放控制机构215上，控制所述的可展单元11逐节有序地释放。

进一步优选，在所述的可展单元11底面112的顶角处设有适配器14，在近所述的滑动组件22末端底面222的顶角处设有抓持所述的适配器14的抓齿机构225。

优选，参见图10所示，所述的驱动组件23架设于所的支撑框架21的两底面212上，其包括电机231和传送带232。

优选，所述的可展单元11、所述的支撑组件21和所述的滑动组件22均为三棱柱。

本发明的一种铰接式伸展臂展开机构，逐节展开可展单元11的过程为：

1)收拢状态时，滑动组件22如图6所示，该展开机构如图1所示，驱动组件23驱动滑动组件22向展开方向运动，拨齿224触发释放控制机构215，释放最外侧的待可展单元11的底面112；

2)滑动组件22的抓齿机构225锁紧1)中被释放的底面112的适配器14；

3)驱动组件23驱动滑动组件22沿展开方向运动至图7所示状态，可展单元11展开到位、铰链锁定；

4)滑动组件22的抓齿机构225与适配器14解锁；

5)驱动组件23驱动滑动组件22沿展开的反方向运动，回到1)状态；

6)循环1)-5)。

如图3所示，伸展臂完全展开后，展开控制机构2的抓齿机构225与最后展开的可展单元11的适配器14之间保持锁紧状态，用于提高伸展臂根部的刚度和强度。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，包括可展单元组，和可收藏并展开可展单元的展开控制机构，所述的可展单元组包括由若干节沿展开方向阵列布置的所述的可展单元构成；

所述的可展单元为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，其侧棱可向内折叠至两底面呈收藏状态，其中，侧棱由两节杆件通过180°铰链连接而成，侧棱与底面通过90°铰链连接而成；

所述的展开控制机构包括支撑框架、滑动组件和驱动组件，所述的驱动组件用于向所述的滑动组件提供动力，所述的支撑框架与所述的可展单元适配，所述的可展单元组藏设于所述的支撑框架上，所述的滑动组件可沿所述的支撑框架往复运动，将收藏状态下的所述的可展单元组逐个解锁，至所述的可展单元完全展开。

2.根据权利要求1所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，在所述的可展单元底面的顶角处均设有张拉机构，沿两底面的对角线通过所述的张拉机构交叉连接拉索。

3.根据权利要求1所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，所述的支撑框架为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，所述的可展单元组可收藏于两底面之间，且所述的可展单元可沿侧棱向展开方向运动。

4.根据权利要求3所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，沿所述的支撑框架的侧棱设有导向槽，所述的可展单元底面的顶角处均设有导向片，所述的导向片可沿所述的导向槽向展开方向运动。

5.根据权利要求3所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，所述的滑动组件为一棱柱，包括若干条侧棱和两个底面，沿其侧棱设有滑块；沿所述的支撑框架的侧棱设有导轨，所述的滑块可在所述的导轨上往复运动。

6.根据权利要求5所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，沿所述的可展单元的展开方向，在近所述的支撑框架末端的侧棱上均设有释放控制机构，在近所述的滑动组件末端的侧棱上设有拨齿，所述的拨齿往复作用在所述释放控制机构上，控制所述的可展单元逐节有序地释放。

7.根据权利要求6所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，在所述的可展单元底面的顶角处设有适配器，在近所述的滑动组件末端底面的顶角处设有抓持所述的适配器的抓齿机构。

8.根据权利要求3所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，所述的驱动组件架设于所的支撑框架的两底面上，其包括电机和传送带。

9.根据权利要求1所述的铰接式伸展臂展开机构，其特征在于，所述的可展单元、所述的支撑组件和所述的滑动组件均为三棱柱。