CN111103229A - 一种材料舱外环形巡检暴露装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种材料舱外环形巡检暴露装置，包括：安装平台，其上设有钢带驱动机构；环形钢带，环设在所述安装平台四周，并在所述钢带驱动机构的驱动下围绕所述安装平台周侧做环形运动；环形导轨，环设在所述安装平台四周，且位于所述环形钢带的外周侧；用于承载环形巡检机构的承载滑块，连接在所述环形钢带上，并滑动设于所述环形导轨上；试验箱，安装在所述安装平台上表面上，所述试验箱的箱门打开后，其暴露面垂直于所述安装平台布置并朝向安装平台外侧布置；用于安装光学巡检模块的环形巡检机构，所述环形巡检机构安装在所述承载滑块上。本发明的材料舱外环形巡检装置，利用钢带驱动驱动机构能够带动环形巡检机构绕安装平台四周做环形运动，能够实时监测安装平台上试验箱内暴露面上暴露材料表面形貌。

Description

一种材料舱外环形巡检暴露装置

技术领域

本发明涉及航天材料暴露相关领域，具体涉及一种材料舱外环形巡检暴 露装置。

背景技术

在航天研究中，空间技术与空间科学的发展，离不开各种材料，特别是 新材料的使用。材料空间使役行为研究是针对一切在空间环境下服役的材料 及由其制成的零件、器件、部件、构件和装备，开展的空间环境暴露实验， 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。为确保材料及其 制品在空间服役过程中的稳定性、可靠性和耐久性，必须对材料空间环境下 的使役行为进行深入的研究。其中，材料舱外暴露平台是空间应用系统中一 个重要的公共支持系统，其作用在于为需要舱外暴露的材料统一提供暴露资源，以支持材料舱外暴露实验的进行；如何实现一种运动机构，实现在轨检 测成为需要解决的问题。

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没有对材料舱外暴露实验的在轨 检测机构，无法对暴露材料表面形貌进行实时监测，而且对于复杂的在轨空 间环境，线缆如果凌乱的暴露在舱外，可能会影响暴露实验的顺利进行以及 影响在轨巡检的正常进行。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种材料舱外环形巡检暴露 装置，包括：

安装平台，其上设有钢带驱动机构；

环形钢带，环设在所述安装平台四周，并在所述钢带驱动机构的驱动下 围绕所述安装平台周侧做环形运动；

环形导轨，环设在所述安装平台四周，且位于所述环形钢带的外周侧；

用于承载环形巡检机构的承载滑块，连接在所述环形钢带上，并滑动设 于所述环形导轨上；

试验箱，安装在所述安装平台上表面上，所述试验箱的箱门打开后，其 暴露面垂直于所述安装平台布置并朝向安装平台外侧布置；

用于安装光学巡检模块的环形巡检机构，所述环形巡检机构安装在所述 承载滑块上。

本发明的有益效果是：本发明的材料舱外环形巡检装置，利用钢带驱动 驱动机构能够带动环形巡检机构绕安装平台四周做环形运动，能够实时监测 安装平台上试验箱内暴露面上暴露材料表面形貌。

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，所述钢带驱动机构包括：

驱动装置，被弹性加载的安装于所述安装平台的一个拐角处；

若干钢带摩擦轮，若干钢带摩擦轮一一对应的安装于所述安装平台的若 干拐角处；

其中，所述驱动装置的动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮，所述环 形钢带被撑起套设在若干所述钢带摩擦轮外侧，且与所述安装平台的周侧壁 间隔设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：将钢带摩擦轮设置于安装平台的拐 角处，避免环形钢带触碰带安装平台周侧壁而出现卡顿等现象；而且驱动装 置被弹性加载，能够对钢带摩擦轮提供预紧力，避免钢带传动失效。

进一步，所述驱动装置包括：

驱动电机，其动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮；

电机支架，所述驱动电机安装在所述电机支架上，所述电机支架的底板 通过限位销限位在所述安装平台上；

加载弹簧，所述加载弹簧一端抵接在所述安装平台上，另一端抵接在所 述电机支架的底板上；

其中，所述底板上开设有若干长孔，所述长孔沿所述加载弹簧的伸缩方 向布置，所述限位销安装于所述长孔中。

采用上述进一步方案的有益效果是：电机支架为驱动电机提供支撑，驱 动电机动力输出端的钢带摩擦轮为主动带轮，利用加载弹簧对底板进行加 载，即对主动带轮进行加载，克服舱外高低温变化时，钢带摩擦轮失去预紧， 避免钢带传动失效；而且底板上长孔的设置，便于装配调试环形钢带安装松 紧，而且能够便于加载弹簧对主动带轮提供预紧加载。

进一步，所述底板呈扇形，所述底板的弧形一边与所述安装平台的拐角 处相对布置，所述底板与其弧形一边对应的一端设有限位块，所述加载弹簧 一端抵接在所述安装平台上，另一端抵接在所述限位块上。

进一步，所述安装平台的周侧设有环形台阶状结构，所述驱动装置以及 钢带摩擦轮分别安装在环形台阶的台阶面上，所述环形钢带环设在所述环形 台阶的台阶侧壁外周侧，所述驱动装置被弹性加载在所述环形台阶的台阶侧 壁上。

采用上述进一步方案的有益效果是：环形台阶的设置，方便环形钢带以 及驱动装置的安装配合。

进一步，所述承载滑块靠近所述环形钢带的一侧壁上设有连接支耳，所 述连接支耳上设有上下贯通的连接通孔一；所述环形钢带上设有滑块连接 件，所述滑块连接件上开设有沿所述环形钢带移动方向贯通的连接通孔二， 所述连接通孔二靠近所述连接支耳的一端为敞口，所述连接支耳从所述连接 通孔二的敞口处插入所述连接通孔二内，所述连接通孔二敞口处的上下两端 通过滑块连接销穿过所述连接通孔一将所述连接支耳限位在所述连接通孔 二内。

采用上述进一步方案的有益效果是：连接通孔一和连接通孔二配合，方 便装配。

进一步，所述连接通孔一具有使所述滑块连接销沿垂直于所述环形钢带 移动的调节间隙一，所述连接通孔二具有使所述连接支耳沿垂直于所述环形 钢带移动的调节间隙二。

采用上述进一步方案的有益效果是：连接通孔一和连接通孔二配合，承 载滑块在环形钢带上经过转弯处时，能够释放环形钢带与承载滑块转弯半径 不同时的运动量，适应环形巡检装置转弯运动。

进一步，所述承载滑块上固定有L型的环形巡检机构安装板，所述环形 巡检机构安装板的水平侧壁固定在所述承载滑块的上表面，其竖直侧壁位于 所述环形导轨的外侧且竖直向下延伸，所述竖直侧壁上形成有环形巡检机构 定位孔和环形巡检机构固定孔。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装时，可先将环形巡检装置通过 定位孔进行定位，再通过固定孔进行紧固即可，使安装更加精准。

进一步，所述安装平台呈方形，所述钢带摩擦轮为四个且分别位于所述 安装平台的四个拐角处。

进一步，所述环形巡检机构包括安装支架以及竖直驱动机构，所述安装 支架安装在所述承载滑块上，所述竖直驱动机构安装在所述安装支架上并用 于驱动光学巡检模块上下移动；所述竖直驱动机构为竖直钢带驱动机构。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用竖直驱动机构能够实现光学巡 检模块的上下移动，实现对安装平台上暴露材料的全方位检测。

进一步，还包括精密微运动机构，所述精密微运动机构安装在所述环形 巡检机构上，所述光学巡检模块安装在所述精密微运动机构上并在所述精密 微运动机构的驱动下实现X、Y、Z三轴方向的微动调节。

采用上述进一步方案的有益效果是：材料暴露精密微运动机构(X、Y、 Z三向)带动光学成像系统小行程、高精度运动，使其具有精细位置检测能力。 大行程运动机构与精密微运动机构结合的方式，可适应不同任务规划，即可 实现区域快速巡检能力；同时可以针对特定位置精密巡检，精确监测暴露材 料的表面形貌特征。

进一步，所述精密微运动机构包括X轴微动平台、Y轴微动平台以及Z 轴微动平台，所述X轴微动平台安装在所述环形巡检机构上并在环形巡检机 构的驱动下实现大行程移动；所述Y轴微动平台安装在所述X轴微动平台 上并随X轴微动平台实现X轴方向的微动调节，所述Z轴微动平台安装在 所述Y轴微动平台上并随Y轴微动平台实现Y轴方向的微动调节，所述光 学巡检模块安装在所述Z轴微动平台上并随X轴微动平台、Y轴微动平台 以及Z轴微动平台实现X、Y、Z三方向的微动调节。

进一步，所述安装平台的周侧设有用于容纳线缆的环形槽，所述安装平 台上设有线缆伸缩装置，所述环形巡检机构的线缆沿所述环形槽布置并与所 述线缆伸缩装置连接；

其中，所述钢带驱动机构驱动所述环形钢带环形运动，并带动其上的环 形巡检机构环形巡检，所述环形巡检机构上的线缆在线缆伸缩装置的作用下 实现同步收放。

采用上述进一步方案的有益效果是：为避免环形巡检机构上线缆在环形 运动过程中影响暴露实验或环形巡检等，利用线缆伸缩装置实现线缆伸缩， 能够跟随环形巡检机构的运动位置释放或收回线缆，防止线缆对环形巡检运 动造成干扰。

进一步，所述线缆伸缩装置包括：

涡卷弹簧，所述涡卷弹簧中部固定在所述安装平台上；

移动滑环，所述移动滑环套设在所述涡卷弹簧外侧且其内环侧与所述涡 卷弹簧的外端固定连接；所述移动滑环活动设于所述安装平台上，所述线缆 绕设在所述移动滑环外环侧；

固定滑环，所述固定滑环对应布置在所述移动滑环上方，并与所述移动 滑环电连接；

其中，所述线缆中部绕设在所述移动滑环外环侧，所述线缆端部与所述 移动滑环电连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：在移动滑环外环侧绕设扁平型线 缆，利用涡卷弹簧的弹力，根据环形巡检机构的运动位置带动移动滑环旋转， 当环形巡检机构远离时，释放缠绕的线缆，当环形巡检机构靠近时，缠绕线 缆。

进一步，所述移动滑环上端开设有若干环形滑槽，所述线缆端部导线设 于对应的环形滑槽内，所述固定滑环上设有若干探针，若干所述探针与对应 的环形滑槽接触连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：环形滑槽可实现线缆与固定滑环之 间的电连接。

进一步，所述线缆伸缩装置还包括安装底板，所述安装底板固定在所述 安装平台上，所述涡卷弹簧中部固定在所述安装底板上，所述移动滑环相对 于所述安装底板可移动设置。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装底板的设置，可方便安装移动 滑环。

进一步，所述线缆伸缩装置安装在所述安装平台靠近周侧的位置处。

采用上述进一步方案的有益效果是：尽量缩短与环形巡检机构之间的路 径，方便线缆的伸缩。

进一步，所述安装平台上表面开设有安装槽，所述线缆伸缩装置安装在 所述安装槽内，且所述线缆伸缩装置的上表面与所述安装平台的上表面平 齐。

采用上述进一步方案的有益效果是：安装槽的设置，使线缆伸缩装置隐 藏在安装平台内，不影响安装平台上其他装配结构的安装使用。

进一步，所述安装平台上开设有将所述环形槽与所述线缆伸缩装置连通 的伸缩通道，所述线缆沿所述环形槽、经过伸缩通道后，绕设在所述线缆伸 缩装置上。

采用上述进一步方案的有益效果是：伸缩通道的设置，便于线缆从环形 槽连接到线缆伸缩装置上，尽可能避免线缆裸露。

进一步，所述环形槽位于所述环形导轨下方的外侧。

附图说明

图1为本发明环形巡检驱动机构的俯视结构示意图；

图2为本发明图1中A部的放大结构示意图；

图3为本发明图1中B部的放大结构示意图；

图4为本发明图1中A-A面剖视图的立体结构示意图；

图5为图4中E部的放大结构示意图；

图6为本发明图1中B-B面剖视图的立体结构示意图；

图7为图6中F部的放大结构示意图；

图8为本发明环形巡检机构的立体结构示意图；

图9为本发明图8中C部的放大结构示意图；

图10为本发明环形巡检机构的立体爆炸结构示意图；

图11为本发明图10中D部的放大结构示意图；

图12为本发明暴露装置的立体结构示意图；

图13为图12中E部的放大结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、环形巡检驱动机构；101、安装平台；102、环形钢带；103、环形 导轨；104、承载滑块；105、驱动电机；106、钢带摩擦轮；107、电机支架； 108、加载弹簧；109、底板；110、长孔；111、限位销；112、限位块；113、 台阶面；114、台阶侧壁；115、连接支耳；116、连接通孔一；117、滑块连 接件；118、连接通孔二；119、滑块连接销；120、环形巡检装置安装板； 121、环形巡检装置定位孔；122、环形巡检装置固定孔；123、松不脱螺钉； 124、滚轮；125、环形槽；126、安装槽；127、伸缩通道；128、支撑架；

200、光学巡检模块；

300、竖直钢带驱动机构；301、安装支架；302、竖直钢带驱动电机； 303、刚带轮支架一；304、刚带轮支架二；305、调节螺栓；306、竖直驱动 钢带；307、电机法兰；

400、线缆伸缩装置；401、涡卷弹簧；402、移动滑环；403、固定滑环； 404、环形滑槽；405、安装底板；406、线缆；

500、试验箱；501、箱门；502、摩擦箱；

600、精密微运动机构；601、X轴微动平台；602、Y轴微动平台；603、 Z轴微动平台。

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。

如图1-图12所示，本实施例的一种材料舱外环形巡检暴露装置，包括：

安装平台101，其上设有钢带驱动机构，所述安装平台的周侧设有用于 容纳线缆406的环形槽125；

环形钢带102，环设在所述安装平台101四周，并在所述钢带驱动机构 的驱动下围绕所述安装平台10周侧做环形运动；

环形导轨103，环设在所述安装平台101四周，且位于所述环形钢带102 的外周侧；环形导轨为环形巡检装置提供承载和导向，由直线段导轨和弯曲 段导轨两种类型组合而成，弯曲段导轨主要与安装平台的拐角处适配对应， 实现环形巡检装置的环形运动；

用于承载环形巡检装置的承载滑块104，连接在所述环形钢带102上， 并滑动设于所述环形导轨103上；

试验箱500，安装在所述安装平台101上表面上，所述试验箱500的箱 门501打开后，其暴露面垂直于所述安装平台101布置并朝向安装平台101 外侧布置；

用于安装光学巡检模块200的环形巡检机构，所述环形巡检机构安装在 所述承载滑块104上。

当然，在安装平台101上表面还安装有摩擦箱和电控箱，摩擦箱用于开 展材料或机构的在轨摩擦学实验，摩擦箱与试验箱分别用于不同的试验目 的。电控箱作为暴露装置的电子系统支撑平台，为整机提供通信、配电和控 制管理相关支持，实现实验数据采集、传输以及在轨信息管理等。

本实施例的试验箱为暴露材料提供安装空间并提供密闭环境，材料暴露 试验箱整体采用快速可更换设计。与安装平台插接，实现即插即用。材料暴 露试验箱在上行时为关闭状态，安装在安装平台上，上行并安装到空间站相 应位置后，依次打开，将其暴露面的材料暴露于空间。试验箱和摩擦箱与安 装平台在轨快速拆装设计，不仅便于支持不同运行阶段材料暴露实验进行， 同时便于航天员的在轨操作，另外在材料暴露实验以及摩擦实验后，为试验 箱下行地面进行检测提供基础。

本实施例的环形钢带为环形运动机构驱动部分的执行装置，钢带为不锈 钢材料，热膨胀系数低，在高低温下具有形变量小的特点，能够很好的适应 材料舱外的复杂空间环境，避免出现传动卡死或失效的情况；其厚度可选用 1.5mm，同时具有转弯半径小，重量轻，占用空间小的特点，极大节省了有 限资源。

本实施例的暴露装置实现在特定有限空间内高度集成，实现材料暴露面 积最大化。材料舱外环形巡检装置，利用钢带驱动驱动机构能够带动环形巡 检机构绕安装平台四周做环形运动，能够实时监测安装平台上试验箱内暴露 面的暴露材料表面形貌的运动变化。

其中，如图11所示，所述承载滑块104底部设有四个V型的滚轮124， 所述环形导轨103两侧各设有两个滚轮124，所述滚轮124适配滑动连接在 所述环形导轨103的两侧，V型滚轮使承载滑块可以转过环形导轨的转弯部 分。

如图1-图7所示，本实施例的所述钢带驱动机构包括：

驱动装置，被弹性加载的安装于所述安装平台101的一个拐角处；

若干钢带摩擦轮106，若干钢带摩擦轮106一一对应的安装于所述安装 平台101的若干拐角处；钢带摩擦轮被带轮固定支架固定在安装平台上；

其中，所述驱动装置的动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮106，所 述环形钢带102被撑起套设在若干所述钢带摩擦轮106外侧，且与所述安装 平台101的周侧壁间隔设置。

其中，将钢带摩擦轮设置于安装平台的拐角处，避免环形钢带触碰带安 装平台周侧壁而出现卡顿等现象；而且驱动装置被弹性加载，能够对钢带摩 擦轮提供预紧力，避免钢带传动失效。

如图1-图7所示，本实施例的一个具体方案为，所述驱动装置包括：

驱动电机105，其动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮106；

电机支架107，所述驱动电机105安装在所述电机支架107上，所述电 机支架107的底板109通过限位销111限位在所述安装平台101上；

加载弹簧108，所述加载弹簧108一端抵接在所述安装平台101上，另 一端抵接在所述电机支架107的底板109上；

其中，所述底板109上开设有若干长孔110，所述长孔110沿所述加载 弹簧108的伸缩方向布置，所述限位销111安装于所述长孔110中。

利用电机支架为驱动电机提供支撑，驱动电机动力输出端的钢带摩擦轮 为主动带轮，利用加载弹簧对底板进行加载，即对主动带轮进行加载，克服 舱外高低温变化时，钢带摩擦轮失去预紧，避免钢带传动失效；而且底板上 长孔的设置，便于装配调试环形钢带安装松紧，而且能够便于加载弹簧对主 动带轮提供预紧加载。

如图1和图2所示，本实施例的所述底板109呈扇形，所述底板109的 弧形一边与所述安装平台101的拐角处相对布置，所述底板109与其弧形一 边对应的一端设有限位块112，所述加载弹簧108一端抵接在所述安装平台 101上，另一端抵接在所述限位块112上。

其中，如图1-图7所示，本实施例的一个优选方案为，所述安装平台 101的周侧设有环形台阶状结构，所述驱动装置以及钢带摩擦轮106分别安 装在环形台阶的台阶面113上，所述环形钢带102环设在所述环形台阶的台 阶侧壁114外周侧，所述驱动装置被弹性加载在所述环形台阶的台阶侧壁 114上。环形台阶的设置，方便环形钢带以及驱动装置的安装配合。环形台 阶的设置，相当于将安装平台设置为两层结构，为钢带驱动机构、钢带等部件的安装提供足够的操作空间。

如图3和图9所示，本实施例的一个具体方案为，所述承载滑块104靠 近所述环形钢带102的一侧壁上设有连接支耳115，所述连接支耳115上设 有上下贯通的连接通孔一116；所述环形钢带102上设有滑块连接件117， 所述滑块连接件117上开设有沿所述环形钢带102移动方向贯通的连接通孔 二118，所述连接通孔二118靠近所述连接支耳115的一端为敞口，所述连 接支耳115从所述连接通孔二118的敞口处插入所述连接通孔二118内，所述连接通孔二118敞口处的上下两端通过滑块连接销119穿过所述连接通孔 一116将所述连接支耳115限位在所述连接通孔二118内。连接通孔一和连 接通孔二配合，方便装配。

如图3和图9所示，本实施例的一个优选方案为，所述连接通孔一116 具有使所述滑块连接销119沿垂直于所述环形钢带102移动的调节间隙一， 所述连接通孔二118具有使所述连接支耳115沿垂直于所述环形钢带102移 动的调节间隙二。连接通孔一和连接通孔二配合，承载滑块在环形钢带上经 过转弯处时，能够释放环形钢带与承载滑块转弯半径不同时的运动量，适应 环形巡检装置转弯运动。

如图9和图11所示，本实施例的所述承载滑块104上固定有L型的环 形巡检机构安装板120，所述环形巡检机构安装板120的水平侧壁固定在所 述承载滑块104的上表面，其竖直侧壁位于所述环形导轨103的外侧且竖直 向下延伸，所述竖直侧壁上形成有环形巡检机构定位孔121和环形巡检机构 固定孔122。安装时，可先将环形巡检机构通过定位孔进行定位，再通过松 不脱螺钉123与环形巡检机构固定孔进行紧固即可，定位孔可用于环形巡检 机构的快速定位，固定孔与松不脱螺钉配合，便于航天员在轨将环形巡检机 构安装后，快速锁定，使安装更加快速精准。

其中，如图1、图8和图10所示，所述安装平台101呈方形，其四个拐 角处为弧形过渡，所述钢带摩擦轮106为四个且分别位于所述安装平台101 的四个拐角处。

如图8-图11所示，本实施例的所述环形巡检机构包括安装支架301以 及竖直驱动机构，所述安装支架301安装在所述承载滑块104上，所述竖直 驱动机构安装在所述安装支架301上并用于驱动光学巡检模块200上下移 动；所述竖直驱动机构为竖直钢带驱动机构300。利用竖直驱动机构能够实 现光学巡检模块200的上下移动，实现对安装平台上暴露材料的全方位检测。

其中，如图8-图11所示，竖直钢带驱动机构300包括竖直钢带驱动电 机302、钢带轮一、钢带轮二、钢带轮支架一303、钢带轮支架二304和竖 直驱动钢带306，所述安装支架301竖直布置且底部与承载滑块104上安装 板的竖直侧壁连接，所述竖直钢带驱动电机302固定在所述安装支架301底 部且其动力输出端与钢带轮一同轴传动连接，所述刚带轮支架一303固定在 所述安装支架301底部且与电机法兰307间隔布置，所述刚带轮一转动连接在所述刚带轮支架一303上。所述刚带轮支架二304通过调节螺栓305固定 在所述安装支架301顶部，并能够通过所述调节螺栓305调节刚带轮支架二 304的上下位置，所述刚带轮二安装在所述刚带轮支架二304内，所述刚带 轮支架二304和钢带轮支架一303上下对应布置。所述竖直驱动钢带306呈 环形且套设在所述刚带轮一和刚带轮二上，所述竖直驱动钢带306之间的竖 直间隙垂直于所述环形导轨103布置，所述光学巡检模块200固定在竖直驱动钢带306上，竖直驱动钢带306在竖直钢带驱动电机302的驱动下带动其 上的光学巡检模块200上下移动。

本实施例的一个具体方案为，如图12和图13所示，所述竖直驱动机构 上安装有精密微运动机构600，所述光学巡检模块200安装在所述精密微运 动机构600上并在所述精密微运动机构600的驱动下实现X、Y、Z三轴方 向的微动调节。所述精密微运动机构600包括X轴微动平台601、Y轴微动 平台602以及Z轴微动平台603，所述X轴微动平台601安装在所述竖直驱 动机构上并在所述竖直驱动机构的驱动下实现大行程移动，所述Y轴微动平 台602安装在所述X轴微动平台601上并随X轴微动平台601实现X轴方 向的微动调节，所述Z轴微动平台603安装在所述Y轴微动平台602上并 随Y轴微动平台602实现Y轴方向的微动调节，所述光学巡检模块200安 装在所述Z轴微动平台603上并随X轴微动平台601、Y轴微动平台602以 及Z轴微动平台603实现X、Y、Z三方向的微动调节。材料暴露精密微运 动机构(X、Y、Z三向)带动光学成像系统小行程、高精度运动，使其具有精 细位置检测能力。大行程运动机构与精密微运动机构结合的方式，可适应不 同任务规划，即可实现区域快速巡检能力；同时可以针对特定位置精密巡检， 精确监测暴露材料的表面形貌特征。

如图1-图7所示，在所述安装平台101上安装有线缆伸缩装置400，所 述安装平台的周侧设有用于容纳线缆的环形槽，所述环形巡检机构的线缆 406沿所述环形槽125布置并与所述线缆伸缩装置400连接；其中，所述钢 带驱动机构驱动所述环形钢带102环形运动，并带动其上的环形巡检机构环 形巡检，所述环形巡检机构上的线缆406在线缆伸缩装置400的作用下实现 同步收放。为避免环形巡检机构上线缆在环形运动过程中影响暴露实验或环 形巡检等，利用线缆伸缩装置实现线缆伸缩，能够跟随环形巡检机构的运动 位置释放或收回线缆，防止线缆对环形巡检运动造成干扰。具体可对环形移 动的巡检臂上的线缆以及光学成像系统的线缆进行整理。

如图4-图7所示，本实施例的一个具体方案为，所述线缆伸缩装置400 包括：

涡卷弹簧401，所述涡卷弹簧401中部固定在所述安装平台101上；

移动滑环402，所述移动滑环402套设在所述涡卷弹簧401外侧且其内 环侧与所述涡卷弹簧401的外端固定连接；所述移动滑环402活动设于所述 安装平台101上，所述线缆406绕设在所述移动滑环402外环侧；

固定滑环403，所述固定滑环403对应布置在所述移动滑环402上方， 并与所述移动滑环402电连接；

其中，所述线缆406中部绕设在所述移动滑环402外环侧，所述线缆406 端部与所述移动滑环402电连接。

将环形巡检机构的线缆绕设在移动滑环外环侧，该线缆为扁平结构， 利用涡卷弹簧的弹力，根据环形巡检机构的运动位置带动移动滑环旋转，当 环形巡检机构远离时，释放缠绕的线缆，当环形巡检机构靠近时，缠绕线缆。 固定滑环连接外部机构，实现环形巡检机构供电和通信。

如图5和图7所示，本实施例中，所述移动滑环402上端开设有若干环 形滑槽404，所述线缆406端部导线设于对应的环形滑槽404内，所述固定 滑环403上设有若干探针，若干所述探针与对应的环形滑槽404接触连接。 环形滑槽可实现线缆与固定滑环之间的电连接。

如图5和图7所示，所述线缆伸缩装置400还包括安装底板405，所述 安装底板405固定在所述安装平台101上，所述涡卷弹簧401中部固定在所 述安装底板405上，所述移动滑环402相对于所述安装底板405可移动设置。 可将线缆中部嵌设在所述安装底板的线缆槽内，方便线缆的固定，安装底板 的设置，可方便安装移动滑环以及固定线缆。

其中，所述线缆伸缩装置400安装在所述安装平台101靠近周侧的位置 处。尽量缩短与环形巡检机构之间的路径，方便线缆的伸缩。

如图5和图7所示，本实施例的所述安装平台101上表面开设有安装槽 126，所述线缆伸缩装置400安装在所述安装槽126内，且所述线缆伸缩装 置400的上表面与所述安装平台101的上表面平齐。安装槽的设置，使线缆 伸缩装置隐藏在安装平台内，不影响安装平台上其他装配结构的安装使用。

本实施例的一个优选方案为，如图4-图7所示，所述安装平台101上开 设有将所述环形槽125与所述线缆伸缩装置400连通的伸缩通道127，所述 线缆406沿所述环形槽125、经过伸缩通道127后，绕设在所述线缆伸缩装 置400上。伸缩通道的设置，便于线缆从环形槽连接到线缆伸缩装置上，尽 可能避免线缆裸露。

本实施例的一个具体方案为，如图4和图6所示，所述环形槽125位于 所述环形导轨103下方的外侧。使承载滑块的移动以及线缆的伸缩互不影响。

如图12所示，本实施例的材料舱外环形巡检暴露装置，在安装平台101 上表面中心还设有支撑架128，在安装平台101下表面以及支撑架128顶部 分别设有载荷适配器。

本实施例的一种材料舱外环形巡检暴露装置，在安装平台的四个拐角处 各设置一个钢带摩擦轮，利用驱动电机驱动一个钢带摩擦轮作为主动带轮转 动，四个钢带摩擦轮上套设环形钢带，环形钢带与环形台阶的台阶侧壁间隔 设置，避免发生摩擦，影响环形传动；然后在环形台阶的台阶侧壁的一个拐 角处设置缺口，在缺口处安装限位板，限位板与限位块对应布置，限位板和 限位块上分别设有连接柱，将加载弹簧两端分别套设在对应的连接柱上，利 用加载弹簧抵接限位块，并配合长孔，实现对主动带轮进行加载预紧，克服舱外在轨运行时，高低温变化，钢带摩擦轮失去预紧的情况，避免钢带传动 失效。环形巡检装置安装在环形钢带上，通过驱动电机驱动环形钢带围绕安 装平台转动，环形钢带带动其上的环形巡检装置环形运动，利用调节间隙一 和调节间隙二配合，当承载滑块在经过环形钢带转弯处时，能够释放环形钢 带与承载滑块转弯半径不同时的运动量，适应环形巡检装置的转弯运动。利 用线缆伸缩装置实现线缆的伸缩，涡卷弹簧驱动线缆跟随环形巡检机构运动 位置释放或伸缩线缆，例如，当环形巡检机构在图1中沿逆时针移动时，环 形巡检机构从伸缩通道的一侧移动到另一侧，刚好环绕安装平台一周，线缆 被涡卷弹簧释放，涡卷弹簧被压缩，线缆被绕设在伸缩通道两侧的环形槽内； 当环形巡检机构在图1中沿顺时针移动时，从伸缩通道另一侧移动到一侧回 位，线缆在涡卷弹簧复原力的作用下从环形槽释放，并被缠绕收纳在移动滑 环的外环侧；线缆随着环形巡检机构的环形运动，实现伸长或缩短。

本实施例的材料舱外环形巡检暴露装置，主要功能是实现对暴露材料表 面形貌特征的在轨检测。暴露装置由大行程运动机构、精密微运动机构(XYZ 三向)和光学巡检模块(光学成像模块)组成。大行程运动机构(环形巡检 机构)带动光学巡检模块实现围绕材料暴露试验箱大范围移动，使光学巡检 模块运动到指定位置附近区域；精密运动机构带动光学巡检模块实现高精度 小行程移动，完成光学巡检模块的位置调整以及对焦功能。本实施例的暴露 装置为金属材料、非金属材料、复合材料等材料提供舱外暴露资源，实现材 料暴露样品装置的在轨快速更换；在需要时为暴露的材料提供密闭防护，根 据材料暴露需求或地面指令，实时监测暴露材料表面形貌，实现数据采集、 输出以及在轨信息管理等。

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 (19)

1.一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，包括：

安装平台，其上设有钢带驱动机构；

环形钢带，环设在所述安装平台四周，并在所述钢带驱动机构的驱动下围绕所述安装平台周侧做环形运动；

环形导轨，环设在所述安装平台四周，且位于所述环形钢带的外周侧；

用于承载环形巡检机构的承载滑块，连接在所述环形钢带上，并滑动设于所述环形导轨上；

试验箱，安装在所述安装平台上表面上，所述试验箱的箱门打开后，其暴露面垂直于所述安装平台布置并朝向安装平台外侧布置；

用于安装光学巡检模块的环形巡检机构，所述环形巡检机构安装在所述承载滑块上。

2.根据权利要求1所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述钢带驱动机构包括：

驱动装置，被弹性加载的安装于所述安装平台的一个拐角处；

若干钢带摩擦轮，若干钢带摩擦轮一一对应的安装于所述安装平台的若干拐角处；

其中，所述驱动装置的动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮，所述环形钢带被撑起套设在若干所述钢带摩擦轮外侧，且与所述安装平台的周侧壁间隔设置。

3.根据权利要求2所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述驱动装置包括：

驱动电机，其动力输出端连接有一个所述钢带摩擦轮；

电机支架，所述驱动电机安装在所述电机支架上，所述电机支架的底板通过限位销限位在所述安装平台上；

加载弹簧，所述加载弹簧一端抵接在所述安装平台上，另一端抵接在所述电机支架的底板上；

其中，所述底板上开设有若干长孔，所述长孔沿所述加载弹簧的伸缩方向布置，所述限位销安装于所述长孔中。

4.根据权利要求3所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述底板呈扇形，所述底板的弧形一边与所述安装平台的拐角处相对布置，所述底板与其弧形一边对应的一端设有限位块，所述加载弹簧一端抵接在所述安装平台上，另一端抵接在所述限位块上。

5.根据权利要求2至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述安装平台的周侧设有环形台阶状结构，所述驱动装置以及钢带摩擦轮分别安装在环形台阶的台阶面上，所述环形钢带环设在所述环形台阶的台阶侧壁外周侧，所述驱动装置被弹性加载在所述环形台阶的台阶侧壁上。

6.根据权利要求1至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述承载滑块靠近所述环形钢带的一侧壁上设有连接支耳，所述连接支耳上设有上下贯通的连接通孔一；所述环形钢带上设有滑块连接件，所述滑块连接件上开设有沿所述环形钢带移动方向贯通的连接通孔二，所述连接通孔二靠近所述连接支耳的一端为敞口，所述连接支耳从所述连接通孔二的敞口处插入所述连接通孔二内，所述连接通孔二敞口处的上下两端通过滑块连接销穿过所述连接通孔一将所述连接支耳限位在所述连接通孔二内。

7.根据权利要求6所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述连接通孔一具有使所述滑块连接销沿垂直于所述环形钢带移动的调节间隙一，所述连接通孔二具有使所述连接支耳沿垂直于所述环形钢带移动的调节间隙二。

8.根据权利要求1至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述承载滑块上固定有L型的环形巡检机构安装板，所述环形巡检机构安装板的水平侧壁固定在所述承载滑块的上表面，其竖直侧壁位于所述环形导轨的外侧且竖直向下延伸，所述竖直侧壁上形成有环形巡检机构定位孔和环形巡检机构固定孔。

9.根据权利要求1至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述环形巡检机构包括安装支架以及竖直驱动机构，所述安装支架安装在所述承载滑块上，所述竖直驱动机构安装在所述安装支架上并用于驱动光学巡检模块上下移动；所述竖直驱动机构为竖直钢带驱动机构。

10.根据权利要求1至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，还包括精密微运动机构，所述精密微运动机构安装在所述环形巡检机构上，所述光学巡检模块安装在所述精密微运动机构上并在所述精密微运动机构的驱动下实现X、Y、Z三轴方向的微动调节。

11.根据权利要求10所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述精密微运动机构包括X轴微动平台、Y轴微动平台以及Z轴微动平台，所述X轴微动平台安装在所述环形巡检机构上并在环形巡检机构的驱动下实现大行程移动；所述Y轴微动平台安装在所述X轴微动平台上并随X轴微动平台实现X轴方向的微动调节，所述Z轴微动平台安装在所述Y轴微动平台上并随Y轴微动平台实现Y轴方向的微动调节，所述光学巡检模块安装在所述Z轴微动平台上并随X轴微动平台、Y轴微动平台以及Z轴微动平台实现X、Y、Z三方向的微动调节。

12.根据权利要求1至4任一项所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述安装平台的周侧设有用于容纳线缆的环形槽，所述安装平台上设有线缆伸缩装置，所述环形巡检机构的线缆沿所述环形槽布置并与所述线缆伸缩装置连接；

其中，所述钢带驱动机构驱动所述环形钢带环形运动，并带动其上的环形巡检机构环形巡检，所述环形巡检机构上的线缆在线缆伸缩装置的作用下实现同步收放。

13.根据权利要求12所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述线缆伸缩装置包括：

涡卷弹簧，所述涡卷弹簧中部固定在所述安装平台上；

移动滑环，所述移动滑环套设在所述涡卷弹簧外侧且其内环侧与所述涡卷弹簧的外端固定连接；所述移动滑环活动设于所述安装平台上，所述线缆绕设在所述移动滑环外环侧；

固定滑环，所述固定滑环对应布置在所述移动滑环上方，并与所述移动滑环电连接；

其中，所述线缆中部绕设在所述移动滑环外环侧，所述线缆端部与所述移动滑环电连接。

14.根据权利要求13所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述移动滑环上端开设有若干环形滑槽，所述线缆端部导线设于对应的环形滑槽内，所述固定滑环上设有若干探针，若干所述探针与对应的环形滑槽接触连接。

15.根据权利要求13所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述线缆伸缩装置还包括安装底板，所述安装底板固定在所述安装平台上，所述涡卷弹簧中部固定在所述安装底板上，所述移动滑环相对于所述安装底板可移动设置。

16.根据权利要求12所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述线缆伸缩装置安装在所述安装平台靠近周侧的位置处。

17.根据权利要求12所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述安装平台上表面开设有安装槽，所述线缆伸缩装置安装在所述安装槽内，且所述线缆伸缩装置的上表面与所述安装平台的上表面平齐。

18.根据权利要求12所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述安装平台上开设有将所述环形槽与所述线缆伸缩装置连通的伸缩通道，所述线缆沿所述环形槽、经过伸缩通道后，绕设在所述线缆伸缩装置上。

19.根据权利要求12所述一种材料舱外环形巡检暴露装置，其特征在于，所述环形槽位于所述环形导轨下方的外侧。

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