CN111038737B - 一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置以及暴露平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置以及暴露平台，驱动装置包括：驱动机构二；锥形摩擦轮与驱动机构二的输出轴花键连接；摩擦杆与锥形摩擦轮摩擦配合；锥形摩擦轮的圆锥形外周侧抵接在摩擦杆上；导轨与摩擦杆平行设置；负载弹簧套设在驱动机构二的输出轴上，且夹设在锥形摩擦轮的大头端和滑块组件的另一端之间；支架底部安装在驱动机构二上，支架的一侧安装有垂直于导轨布置的导轨一，支架一侧的底部安装有驱动机构，驱动机构的驱动端连接有主动钢丝绳缠绕轮，支架一侧的顶部安装有钢丝绳惰轮，支架另一侧安装有钢丝绳收紧装置。本发明，能够满足空间特殊环境效应下光学巡检模块的驱动需求。

Description

一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置以及暴露平台

技术领域

本发明涉及航天材料暴露相关领域，具体涉及一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置以及暴露平台。

背景技术

在空间科学研究中，离不开各种材料，特别是新材料的使用。材料空间环境暴露实验，目的在于研究材料在空间特殊环境效应作用下的使役行为。

因此，在材料舱外暴露实验中，如何在特殊复杂的空间中，实现一种能够为材料在轨暴露提供条件，为光学成像巡检模块在轨运动提供条件，并且实现在轨检测的材料舱外暴露平台，是目前亟待解决的重要问题。

而且，应用于空间环境的运动机构，相对于地面上工作的机构来说，空间机构的工作差异主要由于空间环境引起，空间动力学环境与地面环境有所不同。空间环境对运动机构的影响主要体现在如下方面：

(1)微重力影响

由于目前航天器通常是在地面上进行装调，也就是在重力作用下进行的装调，而当航天器进入太空中，其所处环境为微重力环境，装调过程中的重力会进行释放，发生变形。零件间的摩擦力变小，系统处于自由状态，来自外界的干扰会显得更加的突出。微重力对一般的机构影响较小，但对于某些释放机构的影响较大，如太阳电池阵中的压紧机构。

(2)压力差影响

压力差的影响通常在1×10^-2Pa～1×10^-5Pa的真空范围内发生，当航天器中存在密封结构时，此密封结构的内外太差会加大，导致结构变形或损坏。

(3)真空出气影响

材料表面存在吸附或吸收的气体并溶解于材料内部，这些气体在高于1×10^-2Pa的真空度下进行释放，也即为真空出气。释放出的气体会重新凝聚在低温部件上，从而污染光学镜片、传感器以及具有光学选择特性的热控涂层，导致光学性能下降、太阳吸收率增加、温度升高。

(4)辐射传热影响

在真空环境中，辐射传热是航天器与外界的主要传热形式。因此，表面材料的辐射特性对热控功能的具有重要影响。当航天器各系统和机构未能工作在合理温度范围内时，结构件会由于所处环境温度变化而产生应力、变形甚至破裂，从而对航天器机构造成损坏。

(5)粘着与冷焊的影响

粘着与冷焊通常发生在压力为1×10^-7Pa以上的超高真空环境中。在地面上，固体表面总是吸附有机膜及其它膜，称它们为边界润滑的润滑剂，起减少摩擦系数的作用。在空间真空环境中，固体表面膜，当被部分或全部清除时，相接触的零件间会形成清洁的材料表面，进而出现不同程度的粘合现象，称为粘着。如果除去氧化膜，使表面达到原子清洁度，在一定的压力与温度的作用下，可进一步整体粘着，也就是形成冷焊。

防止冷焊的主要方法有选用不易发生冷焊的配偶材料，采用固体润滑、脂润滑或液体润滑剂，涂覆不易发生冷焊的材料膜层等。

(6)微流星与空间碎片

空间环境中存在着微流星以及由于人类太空活动而产生的各种太空碎片，由于它们都具备较高的速度与动能，即使是很小的一个碎片与航天器发生碰撞，都极可能导致设备出现故障。因此，航天器应加强对微流星与空间碎片的防范。

(7)太阳辐照环境影响

由于太阳辐照，会使得机械结构件产生机械力，尤其是受热不均引起的热弯曲效应最大，会使得结构产生低频振动。此外，温度的变化对于机构内的润滑剂的选用影响较大，需选择抗温变性能好的润滑剂。

(8)冷黑环境影响

冷黑环境是指不考虑太阳与航天器的辐射，航天器的热辐射全部被太空吸收，没有反射的环境。冷黑环境易导致航天器上的可伸缩性机构的伸展性能，并且影响某些有机材料的性能，导致材料的老化与脆化等。

由空间环境因素导致机构出现故障的失效形式与失效机理，如表1所示。

表1空间环境因素对机构失效的影响

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前并无材料舱外光学巡检的相关驱动机构，而且一般的驱动机构无法适应空间环境，安全性和可靠性不能满足空间站实验舱外特殊环境的要求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，包括：

驱动机构二；

锥形摩擦轮，所述锥形摩擦轮与所述驱动机构二的输出轴花键连接；

摩擦杆，所述摩擦杆与所述锥形摩擦轮摩擦配合；所述锥形摩擦轮的圆锥形外周侧抵接在所述摩擦杆上；

导轨，所述导轨与所述摩擦杆平行设置；

滑块组件，所述滑块组件的一端滑动安装在所述导轨上，另一端与所述驱动机构二的外壳固定连接；

负载弹簧，所述负载弹簧套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述锥形摩擦轮的大头端和所述滑块组件的另一端之间；所述负载弹簧处于压缩状态；

支架，所述支架底部安装在所述驱动机构二上，所述支架的一侧安装有垂直于所述摩擦杆布置的导轨一，所述支架一侧的底部安装有驱动机构一，所述驱动机构一的驱动端连接有主动钢丝绳缠绕轮，所述支架一侧的顶部安装有钢丝绳惰轮，所述支架另一侧安装有钢丝绳收紧装置；

钢丝绳，一端连接在所述主动钢丝绳缠绕轮上，另一端绕设所述钢丝绳惰轮后连接在所述钢丝绳收紧装置上；

用于安装光学巡检模块的承载板，滑动安装于所述导轨一上，并连接在所述钢丝绳上。

本发明的有益效果是：本发明的驱动装置，利用摩擦轮与摩擦杆配合驱动实现X方向直线运动，利用钢丝绳驱动实现Y轴方向直线运动，空间特殊环境适应能力强，能够满足空间特殊环境效应作用下的光学巡检装置的驱动需求，能够满足光学巡检装置在轨运动的安全性和可靠性，实现对暴露材料全方位监测。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述滑块组件包括滑块和滑块板，所述滑块固定安装在所述滑块板上，所述滑块与所述导轨滑动连接；所述滑块板与所述驱动机构二的外壳固定连接并活动套设在所述驱动结构的输出轴外；所述弹簧夹设在所述锥形摩擦轮的大头端和所述滑块板之间。

采用上述进一步方案的有益效果是：滑块与导轨的滑动连接；滑块为承载运动机构的滑动部件，减小运动部件间摩擦力，减轻负载；滑块板为连接滑块以及驱动机构二的转接板，为驱动机构二、摩擦轮等提供支撑；弹簧夹设在锥形摩擦轮的大头端和滑块板之间，分别对锥形摩擦轮和滑块板产生预紧力，在弹簧力预紧力作用下，锥形摩擦轮与摩擦杆形成法向压力，压紧摩擦杆；而滑块板在预紧力的作用下，带动滑块拉紧导轨，形成导轨和滑块之间的预紧力。

进一步，还包括推力轴承和弹簧支架，所述推力轴承套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述滑块板与所述负载弹簧之间；所述弹簧支架套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述推力轴承与所述负载弹簧之间。

进一步，还包括安装底座、磁栅尺和读数头，所述导轨和所述摩擦杆固定安装在所述安装底座上；所述磁栅尺固定安装在所述安装底座上，并与所述导轨平行设置；所述读数头固定安装在所述滑块组件上，所述读数头与所述磁栅尺滑动连接。

进一步，还包括两个微动开关和两个微动触动块，两个所述微动开关均固定安装在所述安装底座上，且分别位于所述摩擦杆的两端；两个所述微动触动块分别对应两个所述微动开关固定安装在所述滑块组件上。

进一步，还包括线缆架，所述线缆架一端与所述滑块组件转动连接，另一端与所述安装底座转动连接；所述线缆架包括第一缆架和第二缆架，所述第一缆架的一端和所述第二缆架的一端转动连接，所述第一缆架的另一端和所述第二缆架的另一端分别与所述滑块组件和所述安装底座转动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：线缆固定及运动采用折叠线缆架安装，不仅实现线缆布局，同时占用较小空间；滑块组件移动时，带动线缆架往复运动，进而带动线缆展开及收缩，使线缆布局最小化。

进一步，所述钢丝绳收紧装置包括：

涡卷弹簧安装座，安装在所述支架的另一侧，所述涡卷弹簧安装座内形成有安装腔，其上开设有用于钢丝绳穿入所述安装腔的通孔；

被动钢丝绳缠绕轮，转动安装在所述安装腔内；

涡卷弹簧，所述涡卷弹簧套设在所述被动钢丝绳缠绕轮内；所述钢丝绳另一端连接在所述被动钢丝绳缠绕轮外周侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：钢丝绳收紧装置能够随着主动钢丝绳缠绕轮的运动，缠绕或释放钢丝绳，确保钢丝绳长度正常且一直处于预紧状态，避免钢丝绳传动失效；涡卷弹簧为钢丝绳提供预紧力，一方面为拉紧钢丝绳提供传动支撑，另一方面为其提供加载，避免在舱外±100℃高低温作用时，各个材料均因为热膨胀系数不同导致结构不同大小的变形，进而可能导致钢丝绳与缠绕轮之间压力消失等失效模式；使钢丝绳驱动机构能够适应舱外高低温度变化，具有较强环境适应性及可靠性；同时使钢丝绳缠绕轮可以收缩或释放钢丝绳长度。

进一步，所述涡卷弹簧安装座内设有轮轴，所述轮轴垂直于所述导轨一布置，所述被动钢丝绳缠绕轮为中空结构且套设在所述轮轴外，所述涡卷弹簧中心端固定在所述轮轴上，其外侧端固定在所述被动钢丝绳缠绕轮的内侧壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：随着被动钢丝绳缠绕轮的转动，可将涡卷弹簧预紧或释放，可时刻保持钢丝绳的张紧状态。

进一步，所述支架上开设有钢丝绳穿过孔，所述钢丝绳另一端绕过所述钢丝绳惰轮后穿过所述钢丝绳穿过孔连接在所述钢丝绳收紧装置上。

采用上述进一步方案的有益效果是：钢丝绳绕过钢丝绳惰轮后穿过钢丝绳穿过孔并连接在钢丝绳收紧装置上，能够使支架一侧的钢丝绳呈竖直状态，位于支架另一侧的钢丝绳呈倾斜状态，缠绕在惰轮上的钢丝绳包角小，更容易换向，保证运行的稳定状态；钢丝绳惰轮能够为钢丝绳提供支撑，同时便于钢丝绳换向。

进一步，所述钢丝绳惰轮与所述支架间隔布置，并通过轴承安装在所述支架的顶部；所述主动钢丝绳缠绕轮通过轴承安装在所述支架底部；所述支架一侧底部还设有限位块，所述限位块位于所述导轨一的下端。

一种材料舱外暴露平台，括试验箱、光学巡检装置、安装平台以及所述的驱动装置，所述试验箱安装在所述安装平台上，且所述试验箱打开后的暴露面朝向安装平台的四周布置，所述导轨设于所述安装平台靠近周侧的位置；所述支架底部设有与之垂直布置的连接板，所述连接板与所述驱动机构二连接，所述光学巡检模块在所述钢丝绳的驱动下沿垂直于所述安装平台的方向往复运动，并在所述驱动机构二的带动下围绕所述安装平台的周侧往复移动，以对所述暴露面进行巡检。

本发明的有益效果是：本发明的暴露平台，采用摩擦轮和摩擦杆配合钢丝绳驱动光学巡检模块围绕安装平台四周做往复移动，实现对试验箱暴露面的巡检，可实时全方位监测试验箱内暴露材料的表面状态，能够满足在空间站舱外特殊环境要求下光学巡检模块的在轨运动需求，具有很强的环境适应性，以及安全可靠性高。

附图说明

图1为本发明摩擦轮驱动机构的立体结构示意图；

图2为本发明摩擦轮驱动机构的立体爆炸结构示意图；

图3为本发明摩擦轮驱动机构的局部剖视图；

图4为本发明摩擦轮驱动机构中锥形摩擦轮示意图；

图5为本发明摩擦轮驱动机构中膜片弹簧示意图；

图6为本发明摩擦轮驱动机构中弹簧支架示意图；

图7为本发明钢丝绳驱动机构的立体结构示意图一；

图8为本发明钢丝绳驱动机构的立体结构示意图二；

图9为本发明钢丝绳驱动机构的侧视结构示意图；

图10为本发明钢丝绳驱动机构的后视结构示意图；

图11为本发明驱动装置的立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

700、钢丝绳驱动机构；701、支架；702、导轨一；703、钢丝绳收紧装置；704、钢丝绳惰轮；705、钢丝绳；706、承载板；707、涡卷弹簧安装座；708、被动钢丝绳缠绕轮；709、涡卷弹簧；710、轮轴；711、钢丝绳穿过孔；712、线缆拖链；713、限位块；714、连接板；715、主动钢丝绳缠绕轮；716、驱动机构一；717、电机法兰；718、滑块一；

800、安装平台；

900、摩擦轮驱动机构；901、驱动机构二；902、锥形摩擦轮；903、锥形段；904、圆柱段；905、摩擦杆；906、导轨；907、滑块组件；908、滑块；909、滑块板；910、负载弹簧；911、推力轴承；912、弹簧支架；913、安装底座；914、磁栅尺；915、读数头；916、微动开关；917、微动触动块；918、线缆架；919、第一缆架；920、第二缆架；921、穿线架；922、挡块；

1、光学巡检模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1-图11所示，本实施例的一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，包括：

驱动机构二901；

锥形摩擦轮902，所述锥形摩擦轮902与所述驱动机构二901的输出轴花键连接；

摩擦杆905，所述摩擦杆905与所述锥形摩擦轮902摩擦配合；所述锥形摩擦轮902的圆锥形外周侧抵接在所述摩擦杆905上；

导轨906，所述导轨906与所述摩擦杆905平行设置；

滑块组件907，所述滑块组件907的一端滑动安装在所述导轨906上，另一端与所述驱动机构二901的外壳固定连接；

负载弹簧910，所述负载弹簧910套设在所述驱动机构二901的输出轴上，且夹设在所述锥形摩擦轮902的大头端和所述滑块组件907的另一端之间；所述负载弹簧910处于压缩状态；

支架701，所述支架701底部安装在所述驱动机构二901上，所述支架701的一侧安装有垂直于所述导轨布置的导轨一，所述支架一侧的底部安装有驱动机构一716，所述驱动机构一716的驱动端连接有主动钢丝绳缠绕轮715，所述支架701一侧的顶部安装有钢丝绳惰轮704，所述支架701另一侧安装有钢丝绳收紧装置；

钢丝绳705，一端连接在所述主动钢丝绳缠绕轮715上，另一端绕设所述钢丝绳惰轮704后连接在所述钢丝绳收紧装置上；

用于安装光学巡检模块1的承载板706，滑动安装于所述导轨一702上，并连接在所述钢丝绳705上。

其中，所述锥形摩擦轮902沿所述摩擦杆905直线运动，并带动其上的驱动机构二901沿导轨906和摩擦杆905沿X轴方向直线运动，驱动机构二901带动其上的支架701沿X轴直线运动，支架701上的钢丝绳705带动其上的光学巡检模块1沿Y轴方向直线运动。

本实施例的驱动装置，包括钢丝绳驱动机构700以及摩擦轮驱动机构900配合实现对光学巡检模块的驱动，利用摩擦轮驱动实现X方向直线运动，利用钢丝绳驱动实现Y轴方向直线运动，能够满足空间特殊环境效应作用下的光学巡检装置的驱动需求，能够满足光学巡检模块在轨运动的安全性和可靠性，实现对暴露材料全方位监测。本实施例的钢丝绳驱动装置具有重量轻、体积小、环境适应性强。

其中，图11中钢丝绳驱动机构700仅为示意，钢丝绳驱动机构700的具体结构以图7-图10为准。

具体的，导轨一702为钢丝绳驱动机构承载及导向，支撑滑块一以及巡检机构的往复直线运动；钢丝绳收紧装置703随着主动钢丝绳缠绕轮715运动，缠绕或释放钢丝绳705，确保钢丝绳705长度正常且一直处于预紧状态，避免钢丝绳705传动失效；驱动机构一716可选用电机作为动力源，实现电能和机械能的转换，其输出端连接有为电机提供支撑的电机法兰717，支架上701上还连接有与电机法兰717间隔布置的轴承板，所述主动钢丝绳缠绕轮715通过轴承分别连接在所述电机法兰717和所述轴承板之间，所述电机法兰717和所述轴承板上端分别设有限位块713；钢丝绳惰轮为钢丝绳705提供支撑，用于钢丝绳705的换向；钢丝绳惰轮704通过钢丝绳惰轮支架安装在支架顶端，钢丝绳惰轮支架内部安装有轴承，释放钢丝绳惰轮704旋转自由度，支撑钢丝绳惰轮704完成旋转运动；；钢丝绳为传动驱动机构，在驱动电机动力及主动钢丝绳缠绕轮715的驱动下，主动钢丝绳缠绕轮715收紧或释放钢丝绳，实现钢丝绳的直线运动。

如图1-图6所示，本实施例的一个优选方案为，驱动机构二901包括电机和减速器，电机为动力源，实现电能和机械能的转换，在电机的控制下，输出轴做旋转运动；减速器为减速增扭装置，降低电机输出转速，增加输出扭矩；进而带动锥形摩擦轮旋转运动；减速器输出轴端为花键，连接到锥形摩擦轮，为锥形摩擦轮转动动力输入。

具体的，如图4所示，锥形摩擦轮902包括锥形段903和圆柱段904，锥形段903与摩擦轮904摩擦配合；设置圆柱段904提供一定的余量。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，所述滑块组件907包括滑块908和滑块板909，滑块908固定安装在滑块板909上，滑块908与导轨906滑动连接；滑块板909与驱动机构二901的外壳固定连接并活动套设在驱动结构二901的输出轴外；负载弹簧910夹设在锥形摩擦轮902的大头端和滑块板909之间。

具体的，如图2所示，导轨906的两侧面向凹陷形成限位凹槽，滑块908设有用于安装导轨906的安装槽，且安装槽的两侧形成限位凸起，滑块908与导轨906相配合安装后，限位凸起与限位凹槽相适配，实现导轨906对滑块908的限位作用，使导轨906起到导向作用，对在失重状态下运动的部件起到导向作用，也就是说，由于驱动机构二的外壳与滑块板固定连接，所以驱动机构二在失重状态下可以保持运动方向，且使锥形摩擦轮保持与摩擦杆的接触配合状态。

如图1-图3所示，滑块908与导轨906的滑动连接；滑块908为承载运动机构的滑动部件，减小运动部件间摩擦力，减轻负载；滑块板909为连接滑块908以及驱动机构二901的转接板，为驱动机构二、摩擦轮等提供支撑；负载弹簧910夹设在锥形摩擦轮902的大头端和滑块板909之间，分别对锥形摩擦轮902和滑块板909产生预紧力，在弹簧力预紧力作用下，锥形摩擦轮902与摩擦杆905形成法向压力，压紧摩擦杆905；而滑块板909在预紧力的作用下，带动滑块908拉紧导轨906，形成导轨906和滑块之间908的预紧力。

优选的，摩擦杆905为圆形摩擦杆。

锥形摩擦轮902采用锥形轮与圆形摩擦杆摩擦形式，在运动部件上安装导轨进行导向和支撑，锥形摩擦轮902和滑块板909之间安装膜片弹簧，该弹簧可同时为锥形摩擦轮902和导轨906施加预紧力，使摩擦轮驱动和导轨传动均可以适应舱外在轨正负100℃的高低温工作情况。

摩擦杆905为摩擦驱动的固定驱动装置，为锥形摩擦轮902提供支撑，同时与锥形摩擦轮902之间形成预压力；

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括推力轴承911，推力轴承911套设在驱动机构二901的输出轴上，且夹设在滑块板909与负载弹簧910之间。

推力轴承911为负载弹簧910的承载装置，同时支持锥形摩擦轮实现旋转运动。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括弹簧支架912，弹簧支架912套设在驱动机构二901的输出轴上，且夹设在推力轴承911与负载弹簧910之间。

具体的，如图6所示，弹簧支架912的两侧分别向外凸起形成连接盘，分别用于与推力轴承911和负载弹簧910连接；弹簧支架912为负载弹簧910安装及定位装置，使负载弹簧910安装时具有较好的对中性，使锥形摩擦轮902受力均匀，增强寿命。

优选的，如图5所示，负载弹簧910为膜片弹簧。推力轴承911为膜片弹簧的承载装置，同时支持摩擦轮实现旋转运动；弹簧支架912为膜片弹簧安装及定位装置，使膜片弹簧安装时具有较好的对中性，使锥形摩擦轮受力均匀，增强寿命。

作为压紧弹簧的膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的一侧由锥形摩擦轮支撑，另一侧通过弹簧支架由推力轴承支撑；如图4所示，锥形摩擦轮902的大头端具有向内凹的平面，膜片弹簧的大端安装在该内凹平面内，膜片弹簧的小端通过弹簧支架与推力轴承连接；膜片弹簧在锥形摩擦轮和弹簧支架的压紧下，对锥形摩擦轮和弹簧支架产生预紧力。膜片弹簧具有很多优点：首先，膜片弹簧具有非线性特性；其次，膜片弹簧的压紧力性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀。

膜片弹簧为摩擦轮与摩擦杆间的加载装置，同时为导轨906和滑块908间的加载装置；压缩的膜片弹簧一端推动锥形摩擦轮902压紧摩擦杆905，提供锥形摩擦轮902与摩擦杆905之间的压紧力；压缩的膜片弹簧另一端通过推动弹簧支架912，进而推动推力轴承911，然后推动滑块板909，带动滑块908拉动导轨906，形成导轨906和滑块908之间的预紧力；在舱外±100℃高低温作用时，各个材料均因为热膨胀系数不同导致结构不同大小的变形，进而可能导致摩擦轮与摩擦杆之间压力消失，或者导轨与滑块卡死等失效模式；一定的弹簧力预紧，使在轨巡检直线运动机构存在足够的温差调整空间，使巡检直线运动机构能够适应舱外高低温度变化，具有较强环境适应性及可靠性。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括安装底座913，导轨906和摩擦杆905固定安装在安装底座913上。

安装底座提高稳固的定位基础，安装底座为在轨巡检直线运动机构的承载装置，用于安装固定导轨、摩擦杆等需固定位置的部件。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括磁栅尺914和读数头915，磁栅尺914固定安装在安装底座913上，并与导轨906平行设置；读数头915固定安装在滑块组件907上，读数头915与磁栅尺914滑动连接。

磁栅尺914和读数头915为直线运动检测装置，实时检测运动部分运动位置，为运动控制提供闭环位置反馈，达到控制运动机构空间定位精度的目的。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括两个微动开关916和两个微动触动块917，两个微动开关916均固定安装在安装底座913上，且分别位于摩擦杆905的两端；两个微动触动块917分别对应两个微动开关916固定安装在滑块组件907上。

具体的，微动开关是具有微小接点间隔和快动机构，用规定的行程和规定的力进行开关动作的接点机构，用外壳覆盖，其外部有驱动杆的一种开关，因为其开关的触点间距比较小，故名微动开关，又叫灵敏开关。

这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等

本实施例中，两个微动触动块917分别对应两个微动开关设置，微动触动块917固定安装在滑动组件907上，具体固定安装在滑动板909上，滑动板909移动至预设位置时，微动触动块917触发微动开关916，运动的部件到达预设极限位置，运动停止或反向，实现往复运动；微动开关布置在摩擦杆的两端，为直线运动部分提供运动零位反馈。

优选的，如图1-图3所示，安装底座913上固定有两个挡块922，分别安装在导轨906的两端，挡块922与微动开关916共同起到对直线运动极限位置的限位，且在微动开关916失效的情况下，挡块可以起到阻挡保护作用，避免运动的部件脱落机构。

在一些可选的实施例中，如图1-图6所示，巡检直线运动机构二900还包括线缆架918，线缆架918一端与滑块组件907转动连接，另一端与安装底座913转动连接。

线缆架918为线缆的安装支撑装置，避免线缆绕入运动的机构中或对空间中附近的设备产生影响，滑块组件移动时，带动线缆架往复运动。

优选的，如图1-图3所示，线缆架918包括第一缆架919和第二缆架920，第一缆架919的一端和第二缆架920的一端转动连接，第一缆架919的另一端和第二缆架920的另一端分别与滑块组件907和安装底座913转动连接。

具体地，第一缆架919和第二缆架920上安装有若干穿线架921，用于固定线缆，线缆固定及运动采用折叠线缆架安装，不仅实现线缆布局，同时占用较小空间；滑块组件移动时，带动线缆架往复运动，进而带动线缆展开及收缩，使线缆布局最小化。

本实施例的有益效果是：在轨巡检直线运动机构使用摩擦传动，增强对空间碎片、异物进入驱动部位的适应能力；膜片弹簧给锥形摩擦轮加载，使装置对高低温工况进行自适应驱动；膜片弹簧给导轨和滑块施加预载荷，避免高低温工况下导轨、滑块变形不一致导致导轨卡死；锥形摩擦轮中心驱动部位采用花键输入，增强动力传动能力，同时具有较高的对心性能；线缆固定及运动采用折叠线缆支架安装，不仅实现线缆布局，同时占用较小空间。

具体的，如图8和图9所示，所述承载板706上设有滑块一718，所述滑块一718滑动连接在支架701的导轨一702上。承载板706水平布置，其靠近导轨一702的一端设有所述滑块一718，所述限位块713位于所述承载板706的下方。滑块一718为承载运动机构的滑动部件，减小运动部件间的摩擦力，减轻负载。

如图8-图10所示，本实施例的所述钢丝绳收紧装置703的一个优选方案为，包括：

涡卷弹簧安装座707，安装在所述支架701的另一侧，所述涡卷弹簧安装座707内形成有安装腔，其上开设有用于钢丝绳705穿入所述安装腔的通孔；

被动钢丝绳缠绕轮708，转动安装在所述安装腔内；

涡卷弹簧709，所述涡卷弹簧709套设在所述被动钢丝绳缠绕轮708内；所述钢丝绳705另一端连接在所述被动钢丝绳缠绕轮708外周侧。

其中，钢丝绳收紧装置703能够随着主动钢丝绳缠绕轮715的运动，缠绕或释放钢丝绳705，确保钢丝绳705长度正常且一直处于预紧状态，避免钢丝绳705传动失效；涡卷弹簧709为钢丝绳705提供预紧力，一方面为拉紧钢丝绳705提供传动支撑，另一方面为其提供加载，避免在舱外±100℃高低温作用时，各个材料均因为热膨胀系数不同导致结构不同大小的变形，进而可能导致钢丝绳705与缠绕轮、惰轮之间压力消失等失效模式；使钢丝绳驱动机构700能够适应舱外高低温度变化，具有较强环境适应性及可靠性；同时使钢丝绳缠绕轮可以收缩或释放钢丝绳长度。

具体的，如图8和图9所示，所述涡卷弹簧安装座707内设有轮轴710，所述轮轴710垂直于所述导轨一702布置，所述被动钢丝绳缠绕轮708为中空结构且套设在所述轮轴710外，所述涡卷弹簧709中心端固定在所述轮轴710上，其外侧端固定在所述被动钢丝绳缠绕轮708的内侧壁上。随着被动钢丝绳缠绕轮的转动，可将涡卷弹簧预紧或释放，可时刻保持钢丝绳的张紧状态。

如图7、图8和图10所示，本实施例的所述支架701上开设有钢丝绳穿过孔711，所述钢丝绳705另一端绕过所述钢丝绳惰轮704后穿过所述钢丝绳穿过孔711连接在所述钢丝绳收紧装置703上。钢丝绳绕过钢丝绳惰轮后穿过钢丝绳穿过孔并连接在钢丝绳收紧装置上，能够使支架一侧的钢丝绳呈竖直状态，位于支架另一侧的钢丝绳呈倾斜状态，使钢丝绳更大面积的接触钢丝绳惰轮，保证运行的稳定状态；钢丝绳惰轮能够为钢丝绳提供支撑，同时便于钢丝绳换向。

如图7-图9所示，本实施例的钢丝绳驱动机构700还包括线缆拖链712，所述线缆拖链712安装在所述支架701的一侧，所述线缆拖链712的一端作为移动端并与承载板706连接且跟随承载板往复移动，另一端作为固定端并固定连接在支架701上，其中部拱起呈倒U型结构。线缆拖链中形成有用于走线的通道，该通道沿其长度方向布置，能够将线缆隐藏在其内部，当线缆拖链随着承载板上下移动时，其通道内的线缆也能够随之移动，可对线缆进行有效管理，一方面可以保护线缆，另一方面能够避免线缆不规则运动引起其它故障。

如图7和图8所示，所述钢丝绳惰轮704与所述支架701间隔布置，并通过轴承安装在所述支架701的顶部。为钢丝绳惰轮提供支撑，完成其旋转运动。

如图7所示，所述主动钢丝绳缠绕轮715通过轴承安装在所述支架701底部。

如图7-图9所示，所述支架701一侧底部还设有限位块713，所述限位块713位于所述导轨一702的下端。

本实施例的一个优选方案为，如图7所示，所述导轨一702为平行布置的两条。具体的，两个所述限位块703一一对应的位于两条所述导轨一702的下端。

本实施例的驱动机构驱动光学巡检模块沿X轴和Y轴移动的工作原理为，通过驱动机构二的输出轴的转动带动锥形摩擦轮进行转动；锥形摩擦轮与输出轴以花键连接的方式连接，可以限制锥形摩擦轮的转动，同时为弹簧对锥形摩擦轮的预紧推力使锥形摩擦轮压紧摩擦轮提高轴向微动空间，保证锥形摩擦轮与摩擦杆的摩擦配合；转动的锥形摩擦轮与摩擦杆的摩擦配合，在摩擦力的作用下，锥形摩擦轮沿摩擦杆做直线运动，由于在太空失重状态，只要有作用力，驱动机构二和滑动组件就可以在锥形摩擦轮的带动下滑动；支架安装在驱动机构二上并随驱动机构二做直线运动，支架上的驱动机构驱动主动钢丝绳缠绕轮转动，带动其上的钢丝绳缠绕在主动钢丝绳缠绕轮上，位于支架背部的涡卷弹簧收紧，带动其外侧的被动钢丝绳缠绕轮释放其上的缠绕的钢丝绳，钢丝绳在钢丝绳惰轮的换向作用下竖直向下移动，此时带动承载板上的光学巡检模块通过滑块一沿导轨一向下移动。当需要将光学巡检模块向上移动时，通过驱动机构驱动主动钢丝绳缠绕轮转动，释放其上缠绕的钢丝绳，支架背部的涡卷弹簧释放其弹力，带动被动钢丝绳缠绕轮逆向转动并将钢丝绳缠绕在其上，钢丝绳在钢丝绳惰轮的换向作用下竖直向上移动，此时带动承载板上的光学巡检模块通过滑块一沿导轨一向上移动。

本实施例的摩擦轮驱动机构，能有效适应空间碎片等杂质浸入传动部位后的传动性能；摩擦轮为锥形轮设计，在高低温工况下，结构材料形变及弹簧变形变化时，可保证摩擦轮与摩擦杆间的调整余量，确保可持续驱动；导轨为在轨巡检直线运动机构承载及导向装置，用于支撑滑块及摩擦轮的往复直线运动，通过导轨为整个机构提供位置导向和限位，且可以避免锥形摩擦轮脱离摩擦杆；在舱外±100℃高低温作用时，各个材料均因为热膨胀系数不同导致结构不同大小的变形，进而可能导致锥形摩擦轮与摩擦杆之间压力消失，或者导轨与滑块卡死等失效模式；一定的弹簧力预紧，使在轨巡检直线运动机构存在足够的温差调整空间，使巡检直线运动机构能够适应舱外高低温度变化，具有较强环境适应性及可靠性；本实施例的钢丝绳驱动机构使用钢丝绳实现动力传动，带动其上的光学巡检模块上下运动，占用空间小，重量请，节省资源。并通过加载涡卷弹簧为钢丝绳给钢丝绳提供加载，提供需要的预压力，避免温差变化引起钢丝绳传动失效；加载涡卷弹簧驱动被动钢丝绳缠绕轮跟随主动钢丝绳缠绕轮运动，收缩或释放钢丝绳长度，保证钢丝绳时刻处于张紧状态。材料暴露装置需要随火箭上行到空间环境，较小的体积、较轻的重量不仅可以减轻火箭的上行压力，同时可以大大减少体积资源、重量资源；这就意味着可以大大节省发射成本。因此，体积小、重量轻、环境适应性强的摩擦轮和钢丝绳驱动机构具有较大优势。

实施例2

本实施例的一种材料舱外暴露平台，如图1-图11所示，括试验箱、光学巡检模块、安装平台800以及实施例1所述的驱动装置，所述试验箱安装在所述安装平台800上，且所述试验箱打开后的暴露面朝向安装平台800的四周布置，所述导轨设于所述安装平台800靠近周侧的位置；所述支架701底部设有与之垂直布置的连接板714，所述连接板714与所述驱动机构二连接，所述光学巡检模块1在所述钢丝绳705的驱动下沿垂直于所述安装平台800的方向往复运动，并在所述驱动机构二的带动下围绕所述安装平台800的周侧往复移动，以对所述暴露面进行巡检。

其中，如图11所示，所述安装平台800成方形，所述轨道801位于安装平台800相邻的两条边的内侧。

本实施例的暴露平台，采用摩擦轮驱动配合钢丝绳驱动光学巡检模块围绕安装平台四周做往复移动，实现对试验箱暴露面的巡检，可实时全方位监测试验箱内暴露材料的表面状态，能够满足在空间站舱外特殊环境要求下光学巡检模块的在轨运动需求，具有很强的环境适应性，以及安全可靠性高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，因此不能理解为对本发明的限制。

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地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，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，也可以是电连接；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，包括：

驱动机构二；

锥形摩擦轮，所述锥形摩擦轮与所述驱动机构二的输出轴花键连接；

摩擦杆，所述摩擦杆与所述锥形摩擦轮摩擦配合；所述锥形摩擦轮的圆锥形外周侧抵接在所述摩擦杆上；

导轨，所述导轨与所述摩擦杆平行设置；

滑块组件，所述滑块组件的一端滑动安装在所述导轨上，另一端与所述驱动机构二的外壳固定连接；

负载弹簧，所述负载弹簧套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述锥形摩擦轮的大头端和所述滑块组件的另一端之间；所述负载弹簧处于压缩状态；

支架，所述支架底部安装在所述驱动机构二上，所述支架的一侧安装有垂直于所述摩擦杆布置的导轨一，所述支架一侧的底部安装有驱动机构一，所述驱动机构一的驱动端连接有主动钢丝绳缠绕轮，所述支架一侧的顶部安装有钢丝绳惰轮，所述支架另一侧安装有钢丝绳收紧装置；

钢丝绳，一端连接在所述主动钢丝绳缠绕轮上，另一端绕设所述钢丝绳惰轮后连接在所述钢丝绳收紧装置上；

用于安装光学巡检模块的承载板，滑动安装于所述导轨一上，并连接在所述钢丝绳上；

所述钢丝绳收紧装置包括：

涡卷弹簧安装座，安装在所述支架的另一侧，所述涡卷弹簧安装座内形成有安装腔，其上开设有用于钢丝绳穿入所述安装腔的通孔；

被动钢丝绳缠绕轮，转动安装在所述安装腔内；

涡卷弹簧，所述涡卷弹簧套设在所述被动钢丝绳缠绕轮内；所述钢丝绳另一端连接在所述被动钢丝绳缠绕轮外周侧。

2.根据权利要求1所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，所述滑块组件包括滑块和滑块板，所述滑块固定安装在所述滑块板上，所述滑块与所述导轨滑动连接；所述滑块板与所述驱动机构二的外壳固定连接并活动套设在所述驱动机构二的输出轴外；所述负载弹簧夹设在所述锥形摩擦轮的大头端和所述滑块板之间。

3.根据权利要求2所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，还包括推力轴承和弹簧支架，所述推力轴承套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述滑块板与所述负载弹簧之间；所述弹簧支架套设在所述驱动机构二的输出轴上，且夹设在所述推力轴承与所述负载弹簧之间。

4.根据权利要求1所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，还包括安装底座、磁栅尺和读数头，所述导轨和所述摩擦杆固定安装在所述安装底座上；所述磁栅尺固定安装在所述安装底座上，并与所述导轨平行设置；所述读数头固定安装在所述滑块组件上，所述读数头与所述磁栅尺滑动连接。

5.根据权利要求4所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，还包括两个微动开关和两个微动触动块，两个所述微动开关均固定安装在所述安装底座上，且分别位于所述摩擦杆的两端；两个所述微动触动块分别对应两个所述微动开关固定安装在所述滑块组件上。

6.根据权利要求4所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，还包括线缆架，所述线缆架一端与所述滑块组件转动连接，另一端与所述安装底座转动连接；所述线缆架包括第一缆架和第二缆架，所述第一缆架的一端和所述第二缆架的一端转动连接，所述第一缆架的另一端和所述第二缆架的另一端分别与所述滑块组件和所述安装底座转动连接。

7.根据权利要求1至6任一项所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，所述涡卷弹簧安装座内设有轮轴，所述轮轴垂直于所述导轨一布置，所述被动钢丝绳缠绕轮为中空结构且套设在所述轮轴外，所述涡卷弹簧中心端固定在所述轮轴上，其外侧端固定在所述被动钢丝绳缠绕轮的内侧壁上。

8.根据权利要求1至6任一项所述一种用于材料舱外光学巡检的驱动装置，其特征在于，所述支架上开设有钢丝绳穿过孔，所述钢丝绳另一端绕过所述钢丝绳惰轮后穿过所述钢丝绳穿过孔连接在所述钢丝绳收紧装置上；所述钢丝绳惰轮与所述支架间隔布置，并通过轴承安装在所述支架的顶部；所述主动钢丝绳缠绕轮通过轴承安装在所述支架底部；所述支架一侧底部还设有限位块，所述限位块位于所述导轨一的下端。

9.一种材料舱外暴露平台，其特征在于，包括试验箱、光学巡检模块、安装平台以及权利要求1至8任一项所述的驱动装置，所述试验箱安装在所述安装平台上，且所述试验箱打开后的暴露面朝向安装平台的四周布置，所述导轨设于所述安装平台靠近周侧的位置；所述支架底部设有与之垂直布置的连接板，所述连接板与所述驱动机构二连接，所述光学巡检模块在所述钢丝绳的驱动下沿垂直于所述安装平台的方向往复运动，并在所述驱动机构二的带动下围绕所述安装平台的周侧往复移动，以对所述暴露面进行巡检。

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