CN111082594A - 一种空间直线运动机构和在轨巡检装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间直线运动机构和在轨巡检装置，包括：驱动机构、摩擦轴、摩擦杆、导轨、滑动板和预紧组件，摩擦轴固定安装在驱动机构的输出端；摩擦杆与摩擦轴垂直摩擦配合；导轨与摩擦杆平行设置；滑动板与导轨滑动连接，且在导轨两侧分别延伸形成第一安装端和第二安装端，第一安装端位于导轨与摩擦杆之间；驱动机构靠近其输出轴的位置安装在第一安装端上方，第二安装端与驱动机构之间预留有预紧间隙，预紧组件位于预紧间隙内且两端分别抵靠第二安装端和驱动机构并产生预紧力，使滑动板和摩擦轴分别压紧导轨和摩擦杆。本发明是一种环境适应性强、可靠性高的空间直线运动机构。

Description

一种空间直线运动机构和在轨巡检装置

技术领域

本发明涉及空间机构领域，尤其涉及一种空间直线运动机构和在轨巡检装置。

背景技术

随着人们对空间技术及空间科学的探索，太空、月球、火星作业及深空探测的不断发展，对空间机构的需求越来越多；太空具有高低温交变、高真空、强辐射、空间碎片冲击等环境特点，设计一种环境适应性强、可靠性高的空间直线运动机构成为亟待解决的问题。

1.空间环境对机构可靠性的影响

相对于在地面上工作的机构来说，空间机构的工作差异主要是由于空间环境引起，空间动力学环境与地面环境有所不同。

1.1空间环境的影响

(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。

2.提高机构可靠性的基本方法

(1)简化设计

结构越复杂，越容易出现故障，因此对机构的设计，应该避免复杂的、无谓的设计，尽量使得结构简单、高效。

(2)冗余设计

冗余设计通过采用重复配置资源的方式来提高系统可靠度，关键功能部件采用冗余设计方法，提高可靠度。如调焦机构中，可通过使用双电机、双编码器的结构设计方式，提高调焦机构的可靠度；火工机构中采用双点火器的冗余设计来提高可靠度。冗余设计是以增加系统质量、体积、成本、功耗为代价，来提高系统可靠度的方法，在具体使用时，应综合考虑、分析，权衡利弊。

(3)润滑设计

润滑设计需充分考虑机构所经历的各种环境，如地面运输、火箭发射、在轨工作等，综合考虑零件材料的性能，选取合适的润滑方式以确保机构有效润滑，保证机构的可靠度。

(4)裕度设计

裕度设计，也就是安全裕度设计，是对所设计的产品在精度、强度等方面留有余量设计。由于材料的性能、加工精度、装配精度、人员操作等均有一定的不确定性，而航天成本较大，因此对产品进行裕度设计，可规避一些隐藏的风险，提高系统的可靠度。

(5)热设计

热设计是根据产品寿命周期内的热环境，采取各种方法，减少产品与外界间的热交换，减少热应力对产品的影响。热设计主要包含两方面，一是对结构进行主动热控或被动热控，控制产品所处环境的温度，避免温度变化过大面产生的热应力；二是合理设计，控制材料的匹配、运动副间隙以减少热应力对产品的影响。

(6)静电防护设计

对于有静电防护要求的机构，如含电子学元器件、火工品等的机构，必须进行静电防护设计，元器件损坏或火工品被杂散电流误引爆、误动作。

(7)密封设计

航天器上有些机构需要进行密封设计，如高速轴承的液体润滑剂密封，气压机构或液压机构等。这些机构，一旦发生泄漏，后果会相当严重。而空间环境的复杂性，会导致密封材料老化、密封性能降低，因此，密封设计也是航天器可靠性设计的重要内容。

(8)可靠性试验

由于航天成本巨大，因此需要对关键功能部件进行可靠性测试试验，通过试验来验证其可靠性，同时也可根据试验结果指导设计工作。

传统机构在空间中一般需要热防护，温控需要消耗较多电资源，造成资源浪费；

丝杠传动方式，丝杠螺母加载为硬加载，引起较多不必要的负载，使电机等驱动装置尺寸较大；另外为了适应上行振动，丝杠需要较大刚度，因此丝杠轴及螺母尺寸均较大；除此之外，常由于丝杠或导轨不平行，在高低温影响下，机构可能会发生卡死的情况；

齿轮齿条传动方式，传动具有反向间隙；当空间碎片等杂质沾附在齿轮齿条上容易引起机构卡死。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种空间直线运动机构和在轨巡检装置，以解决上述技术问题的至少一种。

一方面，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种空间直线运动机构，包括：

驱动机构，

摩擦轴，摩擦轴固定安装在驱动机构的输出端；

摩擦杆，摩擦杆与摩擦轴垂直摩擦配合；

导轨，导轨与摩擦杆平行设置；

滑动板，滑动板与导轨滑动连接，且在导轨两侧分别延伸形成第一安装端和第二安装端，第一安装端位于导轨与摩擦杆之间；驱动机构靠近其输出轴的位置安装在第一安装端上方，第二安装端与驱动机构之间预留有预紧间隙，

预紧组件，预紧组件位于预紧间隙内且两端分别抵靠第二安装端和驱动机构并产生预紧力，使滑动板和摩擦轴分别压紧导轨和摩擦杆。

本发明的有益效果是：驱动机构提供动力源，通过驱动机构的输出轴的转动带动摩擦轴进行转动；摩擦杆为摩擦轮驱动的固定驱动装置，为摩擦轴提供支撑，转动的摩擦轴与摩擦杆的摩擦配合，在摩擦力的作用下，摩擦轴沿摩擦杆做直线运动，由于在太空失重状态，因此只要有作用力，驱动机构和滑动板就可以在摩擦轴的带动下滑动；同时摩擦驱动，能有效适应空间碎片等杂质浸入传动部位后的传动性能，摩擦轴与摩擦杆采用摩擦传动，具有自适应能力，能够解决由于空间碎片粘附引起的机构卡死问题；导轨为空间直线运动机构运动部件的承载及导向装置，用于支撑滑动板、摩擦轴和预紧组件的往复直线运动，通过导轨为整个机构提供位置导向和限位，且可以避免摩擦轴脱离摩擦杆；滑动板提供安装支撑，且在导轨两侧分别延伸形成第一安装端和第二安装端，第一安装端位于导轨与摩擦杆之间，通过预紧组件对第二安装端预紧力，使滑动板压紧导轨，对导轨提供了加载，避免高低温交变时，材料变形引起导轨失效；同时，通过预紧组件对驱动机构产生预紧力，驱动机构在预紧力的作用下对第一安装端的力矩使驱动机构产生绕第一安装端转动的趋势，使驱动机构下压摩擦轴进而使摩擦轴压紧摩擦杆，摩擦杆与摩擦轴之间形成预压力；同时第一安装端位于导轨与摩擦杆之间可以保证整体力矩平衡；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，进而可能导致摩擦轴与摩擦杆之间压力消失，或者导轨与滑动板卡死等失效模式；一定的预紧力，使在本发明存在足够的温差调整空间，使本发明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；本发明是一种环境适应性强、可靠性高的空间直线运动机构。

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，驱动机构包括电机和壳体，电机的输出端与壳体固定连接，壳体与第一安装端连接，壳体转动套设在电机的输出轴和摩擦轴上；第二安装端与电机之间预留有预紧间隙，预紧组件的一端抵靠电机并产生预紧力，电机带动壳体下压摩擦轴并使摩擦轴压紧摩擦杆。

采用上述进一步方案的有益效果是:电机为驱动装置的动力源，实现电能和机械能的转换，在电机驱动下，输出轴做旋转运动带动摩擦轴做旋转运动；壳体转动套设在摩擦轴上，预紧组件对电机的预紧力对第一安装端的力矩，使壳体产生绕第一安装端转动的趋势，使壳体下压摩擦轴，进而带动摩擦轴压紧摩擦杆，摩擦杆与摩擦轴之间形成预压力。

进一步，电机外套设有预紧支架，预紧支架与壳体固定连接；第二安装端与预紧支架之间预留有预紧间隙，预紧组件的一端抵靠预紧支架并产生预紧力，预紧支架带动壳体下压摩擦轴并使摩擦轴压紧摩擦杆。

采用上述进一步方案的有益效果是:预紧支架在预紧组件的预紧力作用下，预紧支架带动壳体产生绕第一安装端的转动趋势，进而提供摩擦轴与摩擦杆之间的预压力。

进一步，壳体包括连接板和套筒，预紧支架与连接板固定连接；连接板的下侧与第一安装端连接，套筒固定在连接板靠近摩擦杆的一侧，套筒与摩擦轴转动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：预紧支架和套筒分别固定在连接板的两侧，使得第一安装端相当于杠杆的铰链，预紧组件对预紧支架的预紧力的力臂大于摩擦轴对摩擦杆的作用力的力臂，因此很小的预紧力就可以在摩擦轴与摩擦杆之间产生较大法向压力，使整体尺寸变小。

进一步，套筒包括呈筒状的套筒本体、轴承和轴承法兰，套筒本体的一端固定在连接板上，另一端固定连接有轴承法兰；套筒本体通过轴承与摩擦轴转动连接；摩擦轴伸出轴承法兰与摩擦杆摩擦配合。

采用上述进一步方案的有益效果是:轴承为摩擦轴的支撑装置，为摩擦轴提供径向力和轴向力，并提供摩擦轴的旋转自由度；轴承法兰将轴承限位在套筒内部，同时对轴承起到保护作用。

进一步，套筒还包括预紧螺母和波纹弹簧，预紧螺母与摩擦轴螺纹连接，波纹弹簧套设在摩擦轴上，预紧螺母将波纹弹簧压在轴承上。

采用上述进一步方案的有益效果是：预紧螺母作用为对轴承的预紧并锁定；波纹弹簧作用是为轴承内圈提供预紧力，调整轴承承载能力，并适应空间高低温交变工况；一定的弹簧力预紧，使得套筒存在足够的温差调整空间。

进一步，预紧组件包括弹簧，预紧支架和第二安装端分别对应开设有安装凹槽一和安装凹槽二，弹簧的两端分别安装在安装凹槽一和安装凹槽二内，且弹簧处于压缩状态。

采用上述进一步方案的有益效果是：弹簧，为预紧支架的力释放装置，安装装配时，通过工装压缩弹簧，调整弹簧弹力大小，适配摩擦轴与摩擦杆之间的压紧力，便于实现摩擦驱动；同时，弹簧弹力同时为导轨滑块与导轨之间提供预载荷，避免高低温下的材料变形引起的导轨卡死。

进一步，预紧组件还包括限位螺栓，限位螺栓一端抵接在预紧支架上，另一端与第二安装端螺纹连接；弹簧套设在限位螺栓上。

采用上述进一步方案的有益效果是：限位螺栓，一方面为预紧弹簧的轴向限位装置；另一方面，为驱动组件预压力的冗余设计，特定长度的限位螺栓安装后，确保输出摩擦轴与摩擦杆之间刚好形成预压力；防止弹簧损坏时，驱动部分失效。

进一步，还包括安装底座、两个微动开关、两个微动触动块、读数尺和读数头，摩擦杆和导轨固定安装在安装底座上；两个微动开关均固定安装在安装底座上，且分别位于摩擦杆的两端；两个微动触动块分别对应两个微动开关固定安装在滑动板上；读数尺固定安装在安装底座上，并与导轨平行设置；读数头固定安装在滑块组件上，读数头与读数尺滑动连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装底板是提供稳定的安装支撑；读数尺为读数头的机械部件，当读数头往复移动时，移动部位被磁化，齿数读数头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。通过读取齿数反馈移动位置信息；微动开关为本发明中移动的部件的零位反馈，移动的部件运动至微动开关时，微动触动块触发微动开关，反馈已运动至极限位移的信号。

另一方面，本发明提供一种材料暴露光学空间在轨巡检装置，包括巡检机构和如上述的一种空间直线运动机构，空间直线运动机构与巡检机构均与待巡检材料暴露面平行，巡检机构与滑动板固定连接，巡检机构上滑动安装有光学成像模块，光学成像模块的滑动方向与导轨垂直。

采用本方案的有益效果是：本方案具有上述一种空间直线运动机构的全部有益效果，同时，空间直线运动机构与巡检机构均与待巡检材料暴露面平行，且光学成像模块的滑动方向垂直于导轨，可以实现光学成像模块对整个待巡检材料暴露面的巡检。

附图说明

图1为本发明一种空间直线运动机构示意图；

图2为图1中B局部放大图

图3为本发明一种空间直线运动机构正视图；

图4为图3中A-A剖面图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、驱动机构，11、电机，12、预紧支架，13、壳体，14、连接板，15、套筒，151、套筒本体，152、轴承，153、轴承法兰，154、预紧螺母，155、波纹弹簧，156、轴承垫片，2、摩擦轴，3、摩擦杆，4、导轨，5、滑动板，51、第一安装端，52、第二安装端，53、滑块，6、预紧组件，61、限位螺栓，62、弹簧，7、安装底座，71、线缆架，72、第一缆架，73、第二缆架，74、穿线架，75、挡块，82、微动触动块，91、读数尺，92、读数头。

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1-4所示，一种空间直线运动机构，包括：

驱动机构1，

摩擦轴2，摩擦轴2固定安装在驱动机构1的输出端；

摩擦杆3，摩擦杆3与摩擦轴2垂直摩擦配合；

导轨4，导轨4与摩擦杆3平行设置；

滑动板5，滑动板5与导轨4滑动连接，且在导轨4两侧分别延伸形成第一安装端51和第二安装端52，第一安装端51位于导轨4与摩擦杆3之间；驱动机构1靠近其输出轴的位置安装在第一安装端51上方，第二安装端52与驱动机构1之间预留有预紧间隙，

预紧组件6，预紧组件6位于预紧间隙内且两端分别抵靠第二安装端52和驱动机构1并产生预紧力，使滑动板5和摩擦轴2分别压紧导轨4和摩擦杆3。

驱动机构1提供动力源，通过驱动机构1的输出轴的转动带动摩擦轴2进行转动；摩擦杆3为摩擦轮驱动的固定驱动装置，为摩擦轴2提供支撑，转动的摩擦轴2与摩擦杆3的摩擦配合，在摩擦力的作用下，摩擦轴2沿摩擦杆3做直线运动，由于在太空失重状态，因此只要有作用力，驱动机构1和滑动组件就可以在摩擦轴2的带动下滑动；同时摩擦驱动，能有效适应空间碎片等杂质浸入传动部位后的传动性能，摩擦轴2与摩擦杆3采用摩擦传动，具有自适应能力，能够解决由于空间碎片粘附引起的机构卡死问题；导轨4为空间直线运动机构运动部件的承载及导向装置，用于支撑滑动板5、摩擦轴2和预紧组件6的往复直线运动，通过导轨4为整个机构提供位置导向和限位，且可以避免摩擦轴2脱离摩擦杆3；滑动板5提供安装支撑，且在导轨4两侧分别延伸形成第一安装端51和第二安装端52，第一安装端51位于导轨4与摩擦杆3之间，通过预紧组件6对第二安装端52预紧力，使滑动板5压紧导轨4，对导轨4提供了加载，避免高低温交变时，材料变形引起导轨4失效；同时，通过预紧组件6对驱动机构1产生预紧力，驱动机构1在预紧力的作用下对第一安装端51的力矩使驱动机构1产生绕第一安装端51转动的趋势，使驱动机构1下压摩擦轴2进而使摩擦轴2压紧摩擦杆3，摩擦杆3与摩擦轴2之间形成预压力；同时第一安装端51位于导轨4与摩擦杆3之间可以保证整体力矩平衡；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，进而可能导致摩擦轴2与摩擦杆3之间压力消失，或者导轨4与滑动板5卡死等失效模式；一定的预紧力，使在本发明存在足够的温差调整空间，使本发明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；本发明是一种环境适应性强、可靠性高的空间直线运动机构。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，驱动机构1包括电机11和壳体13，电机11的输出端与壳体13固定连接，壳体13与第一安装端51连接，壳体13转动套设在电机11的输出轴和摩擦轴2上；第二安装端52与电机11之间预留有预紧间隙，预紧组件6的一端抵靠电机11并产生预紧力，电机11带动壳体13下压摩擦轴2并使摩擦轴2压紧摩擦杆3。

电机11为驱动装置的动力源，实现电能和机械能的转换，在电机11驱动下，输出轴做旋转运动带动摩擦轴2做旋转运动；壳体13转动套设在摩擦轴2上，预紧组件6对电机11的预紧力对第一安装端51的力矩，使壳体13产生绕第一安装端51转动的趋势，使壳体13下压摩擦轴2，进而带动摩擦轴2压紧摩擦杆3，摩擦杆3与摩擦轴2之间形成预压力。

具体的，电机11包括电机11本体和减速器，电机11本体为动力源，实现电能和机械能的转换，在电机11本体的控制下，输出轴做旋转运动；减速器为减速增扭装置，降低电机11本体输出转速，增加输出扭矩；进而带动摩擦轴2做旋转运动；减速器输出轴端与摩擦轴2通过平键连接，并通过平键传递减速器输出扭矩。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，电机11外套设有预紧支架12，预紧支架12与壳体13固定连接；第二安装端52与预紧支架12之间预留有预紧间隙，预紧组件6的一端抵靠预紧支架12并产生预紧力，预紧支架12带动壳体13下压摩擦轴2并使摩擦轴2压紧摩擦杆3。

预紧组件6通过预紧支架12将预紧力传递到壳体13，预紧支架12在预紧组件6的预紧力作用下，预紧支架12带动壳体13产生绕第一安装端51的转动趋势，进而提供摩擦轴2与摩擦杆3之间的预压力。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，壳体13包括连接板14和套筒15，预紧支架12与连接板14固定连接；连接板14的下侧与第一安装端51连接，套筒15固定在连接板14靠近摩擦杆3的一侧，套筒15与摩擦轴2转动连接。

预紧支架12和套筒15分别固定在连接板14的两侧，使得第一安装端51相当于杠杆的铰链，优选的，预紧组件6对预紧支架12的预紧力的力臂大于摩擦轴2对摩擦杆3的作用力的力臂，因此很小的预紧力就可以在摩擦轴2与摩擦杆3之间产生较大法向压力，使整体尺寸变小。

具体的，预紧支架12成L型，一端与预紧组件6连接，另一端与连接板14的上部连接，是的预紧力传递到连接板14的上部，产生的力矩大。

连接板14与滑动板5通过第一安装端51垂直连接，第一安装端51相当于杠杆的支点，第一安装端51的厚度小于连接板14和滑动板5，在两侧力矩的作用下可以产生微小的形变。

优选的，套筒本体151、连接板14和滑动板5一体成型，同时连接板14与滑动板5连接处开矩形槽形成第一安装端51，释放刚度，便于为摩擦轴2施加预载荷，将其与摩擦杆3之间形成预压力。

具体的，第一安装端51的厚度为1mm，刚性很小，预紧力可以使其变形。

优选的，如图4所示，滑动板5通过滑块53与导轨4滑动连接，导轨4的两侧面向凹陷形成限位凹槽，滑块53设有用于安装导轨4的安装槽，且安装槽的两侧形成限位凸起，滑块53与导轨4相配合安装后，限位凸起与限位凹槽相适配，实现导轨4对滑块53的限位作用，使导轨4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，由于滑块53与滑动板5固定连接，所以整个机构中移动的部件在失重状态下可以保持运动方向，且使摩擦轴2保持与摩擦杆3的接触配合状态。

滑块53与导轨4的滑动连接；滑块53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；滑动板5为连接滑块53以及驱动机构1的转接板，为驱动机构1、摩擦轮等提供支撑；预紧组件6夹设在预紧支架12和第二安装端52之间，分别对预紧支架12和第二安装端52产生预紧力，在预紧力作用下，摩擦轴2与摩擦杆3形成法向压力，压紧摩擦杆3；而滑动板5在预紧力的作用下，带动滑块53拉紧导轨4，形成导轨4和滑块53之间的预紧力。

优选的，摩擦杆3为圆形摩擦杆3。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，套筒15包括呈筒状的套筒本体151、轴承152和轴承法兰153，套筒本体151的一端固定在连接板14上，另一端固定连接有轴承法兰153；套筒本体151通过轴承152与摩擦轴2转动连接；摩擦轴2伸出轴承法兰153与摩擦杆3摩擦配合。

具体的，轴承152的数量为两个，均为角接触球轴承152，两个角接触球轴承152背靠背安装，增大轴承152在摩擦轴2上施力点距离，增加承载能力；且在两个角接触球轴承152之间安装有轴承垫片156，轴承垫片156的两侧分别支撑两个角接触球轴承152的内圈，增大两个角接触球轴承152之间的距离，增强轴承152承载能力；轴承152为摩擦轴2的支撑装置，为摩擦轴2提供径向力和轴向力，并提供摩擦轴2的旋转自由度；轴承法兰153将轴承152限位在套筒15内部，同时对轴承152起到保护作用。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，套筒15还包括预紧螺母154和波纹弹簧155，预紧螺母154与摩擦轴2螺纹连接，波纹弹簧155套设在摩擦轴2上，预紧螺母154将波纹弹簧155压在轴承152上。

具体的，预紧螺母154穿过轴承法兰153伸出套筒本体151，这样，预紧螺母154露出，便于操作，波纹弹簧155压紧在轴承152的内圈侧面，预紧螺母154作用为调整两个角接触球轴承152背靠背安装内圈的预紧并锁定；；波纹弹簧155作用是为轴承152内圈提供预紧力，调整轴承152承载能力，并适应空间高低温交变工况；一定的弹簧62力预紧，使得套筒15存在足够的温差调整空间。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，预紧组件6包括弹簧62，预紧支架12和第二安装端52分别对应开设有安装凹槽一和安装凹槽二，弹簧62的两端分别安装在安装凹槽一和安装凹槽二内，且弹簧62处于压缩状态。

安装凹槽一和安装凹槽二实现对弹簧62的定位，弹簧62，为预紧支架12的力释放装置，安装装配时，通过工装压缩弹簧62，调整弹簧62弹力大小，适配摩擦轴2与摩擦杆3之间的压紧力，便于实现摩擦驱动；同时，弹簧62弹力同时为导轨4滑块53与导轨4之间提供预载荷，避免高低温下的材料变形引起的导轨4卡死。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，预紧组件6还包括限位螺栓61，限位螺栓61一端抵接在预紧支架12上，另一端与第二安装端52螺纹连接；弹簧62套设在限位螺栓61上。

限位螺栓61，一方面为预紧弹簧62的轴向限位装置；另一方面，为驱动组件预压力的冗余设计，特定长度的限位螺栓61安装后，确保输出摩擦轴2与摩擦杆3之间刚好形成预压力；防止弹簧62损坏时，驱动部分失效。

在一些可选的实施例中，如图1-4所示，一种空间直线运动机构，还包括安装底座7、两个微动开关、两个微动触动块82、读数尺91和读数头92，摩擦杆3和导轨4固定安装在安装底座7上；两个微动开关均固定安装在安装底座7上，且分别位于摩擦杆3的两端；两个微动触动块82分别对应两个微动开关固定安装在滑动板5上；读数尺91固定安装在安装底座7上，并与导轨4平行设置；读数头92固定安装在滑块53组件上，读数头92与读数尺91滑动连接。

安装底板是提供稳定的安装支撑；读数尺91为读数头92的机械部件，当读数头92往复移动时，移动部位被磁化，齿数读数头92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。通过读取齿数反馈移动位置信息；微动开关为本发明中移动的部件的零位反馈，移动的部件运动至微动开关时，微动触动块82触发微动开关，反馈已运动至极限位移的信号。

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82分别对应两个微动开关设置，微动触动块82固定安装在滑动组件上，具体固定安装在滑动板5上，滑动板5移动至预设位置时，微动触动快触发微动开关，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3的两端，为直线运动部分提供运动零位反馈。

优选的，安装底座7上固定有两个挡块75，分别安装在导轨4的两端，挡块75与微动开关共同起到对直线运动极限位置的限位，且在微动开关失效的情况下，挡块75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1-4所示，一种空间直线运动机构，，还包括线缆架71，线缆架71一端与滑动板5转动连接，另一端与安装底座7转动连接。

线缆架71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，滑动板5移动时，带动线缆架71往复运动。

优选的，线缆架71包括第一缆架72和第二缆架73，第一缆架72的一端和第二缆架73的一端转动连接，第一缆架72的另一端和第二缆架73的另一端分别与滑动板5和安装底座7转动连接。

具体地，第一缆架72和第二缆架73上安装有若干穿线架74，用于固定线缆，线缆固定及运动采用折叠线缆架71安装，不仅实现线缆布局，同时占用较小空间；滑动板5移动时，带动线缆架71往复运动，进而带动线缆展开及收缩，使线缆布局最小化。

具体的，本实施例中，读数尺91为磁栅尺，磁栅尺和读数头92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

在另一些具体实施例中，读数尺91为纯铁齿条，读数头92为磁齿读数头92，纯铁齿条为磁齿读数头92的机械部件，当磁齿读数头92往复移动时，移动部位被磁化，通过读取齿数反馈移动位置信息。

本实施例的有益效果是：提供一种环境适应性强、可靠性高的空间直线运动机构；

第一安装端51的设计，且预紧组件6的预紧力为软载荷，极大降低了负载，减小尺寸；

采用摩擦传动，预载荷为软加载，具有自适应能力，解决由于加工、装配误差引起的机构卡死问题，解决由于空间高低温交变引起的机构卡死问题；解决由于空间碎片粘附引起的机构卡死问题；

弹簧62给摩擦轴2与摩擦杆3加载，使驱动机构1对高低温工况进行自适应驱动；

弹簧62给导轨4和滑块53施加预载荷，避免高低温工况下导轨4、滑块53、滚珠变形不一致导致导轨4卡死；

安装限位螺栓61，不仅对弹簧62轴向进行限位，同时保证摩擦轴2与摩擦杆3之间的压紧力，冗余设计，提高可靠性；

角接触球轴承152背靠背安装，并且内圈用波纹弹簧155施加载荷，提高轴承152在高低温环境的适应能力。

实施例2

如图1-4所示，一种材料暴露光学空间在轨巡检装置，包括巡检机构和如上述的一种空间直线运动机构，空间直线运动机构与巡检机构均与待巡检材料暴露面平行，巡检机构与滑动板5固定连接，巡检机构上滑动安装有光学成像模块，光学成像模块的滑动方向与导轨4垂直。

本实施例的有益效果是：本方案具有上述一种空间直线运动机构的全部有益效果，同时，空间直线运动机构与巡检机构均与待巡检材料暴露面平行，且光学成像模块的滑动方向垂直于导轨4，可以实现光学成像模块对整个待巡检材料暴露面的巡检。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“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方法、装置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、方法、装置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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种空间直线运动机构,其特征在于，包括：

驱动机构，

摩擦轴，所述摩擦轴固定安装在所述驱动机构的输出端；

摩擦杆，所述摩擦杆与所述摩擦轴垂直摩擦配合；

导轨，所述导轨与所述摩擦杆平行设置；

滑动板，所述滑动板与所述导轨滑动连接，且在所述导轨两侧分别延伸形成第一安装端和第二安装端，所述第一安装端位于所述导轨与所述摩擦杆之间；所述驱动机构靠近其输出轴的位置安装在所述第一安装端上方，所述第二安装端与所述驱动机构之间预留有预紧间隙，

预紧组件，所述预紧组件位于所述预紧间隙内且两端分别抵靠所述第二安装端和驱动机构并产生预紧力，使所述滑动板和所述摩擦轴分别压紧所述导轨和所述摩擦杆。

2.根据权利要求1所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述驱动机构包括电机和壳体，所述电机的输出端与所述壳体固定连接，所述壳体与所述第一安装端连接，所述壳体转动套设在所述电机的输出轴和所述摩擦轴上；所述第二安装端与所述电机之间预留有预紧间隙，所述预紧组件的一端抵靠所述电机并产生预紧力，电机带动壳体下压所述摩擦轴并使所述摩擦轴压紧所述摩擦杆。

3.根据权利要求2所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述电机外套设有预紧支架，所述预紧支架与所述壳体固定连接；所述第二安装端与所述预紧支架之间预留有预紧间隙，所述预紧组件的一端抵靠所述预紧支架并产生预紧力，所述预紧支架带动壳体下压所述摩擦轴并使所述摩擦轴压紧所述摩擦杆。

4.根据权利要求3所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述壳体包括连接板和套筒，所述预紧支架与所述连接板固定连接；所述连接板的下侧与所述第一安装端连接，所述套筒固定在所述连接板靠近所述摩擦杆的一侧，所述套筒与所述摩擦轴转动连接。

5.根据权利要求4所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述套筒包括呈筒状的套筒本体、轴承和轴承法兰，所述套筒本体的一端固定在所述连接板上，另一端固定连接有所述轴承法兰；所述套筒本体通过所述轴承与所述摩擦轴转动连接；所述摩擦轴伸出所述轴承法兰与所述摩擦杆摩擦配合。

6.根据权利要求5所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述套筒还包括预紧螺母和波纹弹簧，所述预紧螺母与所述摩擦轴螺纹连接，所述波纹弹簧套设在所述摩擦轴上，所述预紧螺母将所述波纹弹簧压在所述轴承上。

7.根据权利要求3所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述预紧组件包括弹簧，所述预紧支架和所述第二安装端分别对应开设有安装凹槽一和安装凹槽二，所述弹簧的两端分别安装在所述安装凹槽一和安装凹槽二内，且所述弹簧处于压缩状态。

8.根据权利要求7所述一种空间直线运动机构,其特征在于，所述预紧组件还包括限位螺栓，所述限位螺栓一端抵接在所述预紧支架上，另一端与所述第二安装端螺纹连接；所述弹簧套设在所述限位螺栓上。

9.根据权利要求1-8任一项所述一种空间直线运动机构,其特征在于，还包括安装底座、两个微动开关、两个微动触动块、读数尺和读数头，所述摩擦杆和所述导轨固定安装在所述安装底座上；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动板上；所述读数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，所述读数头与所述读数尺滑动连接。

10.一种材料暴露光学空间在轨巡检装置，其特征在于，包括巡检机构和如权利要求1-9任一项所述的一种空间直线运动机构，所述空间直线运动机构与所述巡检机构均与待巡检材料暴露面平行，所述巡检机构与所述滑动板固定连接，所述巡检机构上滑动安装有光学成像模块，所述光学成像模块的滑动方向与所述导轨垂直。

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