CN111547278A - 空间绳系大型可展开直线往复运动机构 - Google Patents

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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

本发明涉及一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构，包括中间安装板、左右两侧安装板和滑块部，中间安装板和两侧安装板上均设置有可供滑轨部；中间安装板的左右两端还分别设置驱动部；两侧安装板的一端分别通过铰链与中间安装板的左右两端连接，并且在此端，两侧安装板上还分别设有第一滑轮组件；两侧安装板的另一端分别设有第二滑轮组件；滑块部上设有传动绳索，传动绳索包括左右两绳索段，两绳索段的一端分别设置在滑块部上，另一端经同侧侧的第一滑轮组件和第二滑轮组件与同侧的驱动部连接，形成一条传动链路。本发明通过一套绳索传动组件实现机构的在轨展开和往复直线运动，具有结构简单、重量轻、成本低、行程大、装配精度要求低等优点。

Description

空间绳系大型可展开直线往复运动机构
技术领域
本发明涉及航天技术领域，特别涉及空间绳系大型可展开直线往复运动机构。
背景技术
随着航天器向大型化方向发展，要求直线往复运动机构能够实现更长的运动距离，同时受运载火箭整流罩尺寸的限制，要求其在发射阶段处于收拢状态，入轨以后进行释放展开，即要求机构能够实现在轨展开与直线往复运动两种功能。
在机械传动领域，实现直线往复运动的常用方式有：连杆机构、齿轮齿条机构、螺旋传动机构、带链传动机构以及绳索传动等，其往往仅能实现往复运动，不具备展开功能。而航天领域常用的可展开机构，例如铰链、伸展机构等，不具备直线往复运动功能或受质量、寿命等限制，不能作直线往复运动用途。因此，目前机构并不能实现在轨展开与直线往复运动功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构，通过一套绳索传动组件便可实现机构的在轨展开和往复直线运动，具有结构简单、重量轻、成本低、行程大、装配精度要求低等优点。
为了解决上述问题，本发明提供了一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构，包括中间安装板、左右两侧安装板和滑块部，所述中间安装板和两所述侧安装板上均设置有可供所述滑块部滑动的滑轨部；
所述中间安装板的左右两端还分别设置驱动部；
两所述侧安装板的一端分别通过铰链与所述中间安装板的左右两端连接，并且在此端，两所述侧安装板上还分别设有第一滑轮组件；两所述侧安装板的另一端分别设有第二滑轮组件；
所述滑块部上设有传动绳索，所述传动绳索包括左右两绳索段，两所述绳索段的一端分别设置在所述滑块部上，左绳索段的另一端经左侧的所述第一滑轮组件和第二滑轮组件与左侧的所述驱动部连接；右绳索段的另一端经右侧的所述第一滑轮组件和第二滑轮组件与右侧的所述驱动部连接，形成一条传动链路；
在收拢状态下，所述中间安装板设置在星体的上端面，左右两所述侧安装板设置在星体的两侧，所述滑块部位于所述中间安装板上；入轨后，两所述驱动部分别驱动两所述绳索段，两所述侧安装板展开，左右两侧的所述滑轨部分别跟随左右两所述侧安装板展开，并与所述中间安装板上的滑轨部拼接形成一条直线滑轨，所述滑块部可在此直线滑轨上做直线往复运动。
较佳的，所述驱动部包括电机、驱动轴、第一滑轮和用于卷绕所述绳索段的卷筒，所述电机安装在所述中间安装板上，所述电机与所述驱动轴驱动连接，所述第一滑轮转动设置在所述驱动轴上，所述卷筒固定设置在所述驱动轴上，一所述绳索段的一端固定在一所述卷筒上。
较佳的，所述驱动部还包括驱动轴支架，所述驱动轴支架固定安装在所述中间安装板上，所述驱动轴转动设置在所述驱动轴支架上。
较佳的，所述第一滑轮组件包括滑轮支架、支撑轴、第二滑轮和第三滑轮，所述滑轮支架固定设置在所述侧安装板上，所述支撑轴安装在所述滑轮支架上，所述第二滑轮和第三滑轮安装在所述支撑轴上。
较佳的，所述第二滑轮组件包括摆杆、摆杆支架、摆杆转轴、第四滑轮、第五滑轮和导向滑轮，所述摆杆支架固定设置在所述侧安装板上，所述摆杆的一端通过所述摆杆转轴与所述摆杆支架转动连接；所述第四滑轮安装在所述摆杆转轴上；
所述第五滑轮安装在所述摆杆的另一端；
所述导向滑轮安装在所述摆杆上，且位于所述第四滑轮和第五滑轮之间。
较佳的，在收拢状态下，两所述摆杆向星体的外侧转动小角度布置在所述星体的两侧，所述机构呈π形；
在展开过程中，所述摆杆在所述传动绳索的作用下，向星体外侧转动一定角度后被机械限位并锁定。
较佳的，所述摆杆支架为]型，其包括主体安装板和固定在所述主体安装板上的两侧板，所述摆杆转轴的两端固定在两所述侧板上；所述摆杆转动套设在所述摆杆上；在展开过程中，所述摆杆相对于其同侧的所述侧安装板向展开方向转动一定角度后，所述摆杆的外缘抵在其同侧的所述主体安装板上。
较佳的，所述绳索段的一端固定在同侧的所述驱动部的卷筒上，另一端先绕过同侧的所述第三滑轮，再经同侧的所述第五滑轮变向，然后依次途经同侧的所述导向滑轮、第四滑轮，并经同侧的所述第二滑轮变向后，最后再通过同侧的所述第一滑轮到达并固定于所述滑块部上。
较佳的，所述铰链为90°铰链。
较佳的，所述滑块部上设有左右两接线柱，左右两所述绳索段的一端分别固定连接在左右两所述接线柱上。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明利用一套绳索传动组件便可实现机构的在轨展开与直线往复运动功能，从而解决了航天领域收拢包络小与在轨行程大的矛盾；
2、本发明采用绳索传动，采用滑轮对绳索运动轨迹进行合理设计，实现长距离传动，具有质量轻的特点；
3、本发明采用摆杆设计，实现绳索的二维变向，保证绳索能够有效的缠绕在卷筒上，同时使机构在收拢状态下的包络尽可能小。
4、在收拢状态下电机释放的绳索长度最长，展开完成后，滑块在直线往复运动时，电机释放的绳索最短，因此在火箭上升段，传动绳索可以靠电机的保持力矩张紧，避免了额外引入张紧措施。
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
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。附图中：
图1为本发明的优选实施例提供的一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构在收拢状态下的结构示意图；
图2为本发明的优选实施例提供的摆杆展开及传动绳索布置的结构示意图；
图3为本发明的优选实施例提供的一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构在展开状态下的结构示意图；
图4为本发明的优选实施例提供的驱动部的结构示意图；
图5为本发明的优选实施例提供的第一滑轮组件的结构示意图；
图6为本发明的优选实施例提供的第二滑轮组件的结构示意图；
图7为本发明的优选实施例提供的滑轨部与滑块部的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合图1至图7对本发明提供的一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1至图7，一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构，包括中间安装板1、左右两侧安装板(7，7')和滑块部2，所述中间安装板1和左右两所述侧安装板(7，7')上分别设置有可供所述滑块部2滑动的滑轨部(3，3'，3”)；
所述中间安装板1的左右两端还分别设置驱动部(5，5')；
两所述侧安装板(7，7')的一端分别通过铰链(4，4')与所述中间安装板1的左右两端连接，并且在此端，两所述侧安装板(7，7')上还分别设有第一滑轮组件(6，6')；两所述侧安装板(7，7')的另一端分别设有第二滑轮组件(8，8')；
所述滑块部2上设有传动绳索9，所述传动绳索9包括左右两绳索段(91，92)，两所述绳索段(91，92)的一端分别设置在所述滑块部2上，左绳索段91的另一端经左侧的所述第一滑轮组件6和第二滑轮组件8与左侧的所述驱动部5连接；右绳索段92的另一端经右侧的所述第一滑轮组件6'和第二滑轮组件8'与右侧的所述驱动部5'连接，形成一条传动链路；
在收拢状态下，所述中间安装板1设置在星体的上端面，左右两所述侧安装板(7，7')设置在星体的两侧，所述滑块部2位于所述中间安装板1上；入轨后，左右两侧的所述驱动部(5，5')分别驱动左右两侧的所述绳索段(91，92)，左右两侧的所述侧安装板(7，7')展开，左右两侧的所述滑轨部(3'，3”)分别跟随左右两所述侧安装板(7，7')展开，并与所述中间安装板1上的滑轨部3拼接形成一条直线滑轨，所述滑块部2可在此直线滑轨上做直线往复运动。
在本实施例中，请参考图7，所述中间安装板1和左右两所述侧安装板(7，7')上的滑轨部(3，3'，3”)的结构相同，均包括滑轨支架32和两滑轨31，滑轨支架32固定在安装板(1，7，7')上，两滑轨31平行设置在滑轨支架32上。在初始状态，滑块部2滑动安装在中间安装板1的滑轨部3的中间位置，滑块部2可由若干个滑块并排固定安装在一起。
左右两所述驱动部(5，5')镜像对称设置，请参考图4，均包括驱动轴支架55、电机51、驱动轴52、第一滑轮53和用于卷绕所述绳索段的卷筒54，所述电机51和驱动轴支架55均固定安装在所述中间安装板1上，驱动轴支架55对驱动轴52起到支撑的作用，在本实施例中，所述驱动轴52通过轴承转动安装在所述驱动轴支架55上。所述电机51与所述驱动轴52驱动连接，所述第一滑轮53转动设置在所述驱动轴52上，所述卷筒54固定设置在所述驱动轴52上，右绳索段92的一端固定在右侧的卷筒54上，左绳索段91的一端固定在左侧的卷筒54上。在电机51的带动下，卷筒54可以正反转进行收绳或放绳。所述第一滑轮53的作用是在收拢状态下限制绳索的位置，使绳索沿着设计的路径分布。
左右两所述第一滑轮组件(6，6')镜像对称设置，请参考图5，均包括滑轮支架64、支撑轴61和双层滑轮，所述双层滑轮包括第二滑轮62和第三滑轮63，所述滑轮支架64固定设置在所述侧安装板上，所述支撑轴61固定安装于所述滑轮支架64上，所述第二滑轮62和第三滑轮63转动套设在所述支撑轴61上，所述第二滑轮62和第三滑轮63的作用是在收拢状态下限制绳索的位置，使绳索沿着设计的路径分布。
左右两所述第二滑轮组件(8，8')镜像对称设置，请参考图6，均包括摆杆85、摆杆支架81、摆杆转轴82、第四滑轮83、第五滑轮87和导向滑轮，所述摆杆支架81固定设置在所述侧安装板上，所述摆杆85的一端通过所述摆杆转轴82与所述摆杆支架81转动连接；所述第四滑轮83安装在所述摆杆转轴82上；
所述第五滑轮87转动安装在所述摆杆85的另一端；
所述导向滑轮转动安装在所述摆杆85上，且位于所述第四滑轮83和第五滑轮87之间。
本发明对导向滑轮的个数不做限制，可根据摆杆85的长度来设定，若摆杆85的长度较长，可以多设置几个导向滑轮；若摆杆85的长度较短，则可以少设置几个导向滑轮。本实施例以两个导向滑轮为例，即包括第一导向滑轮86和第二导向滑轮84，这两个导向滑轮(86，84)沿同一条直线分布。所述导向滑轮通过一安装支架转动设置在所述摆杆85上。在本实施例中，导向滑轮的轴线与第四滑轮83和第五滑轮87的轴线既不在同一条直线上，也不平行，而是存在一定的夹角，本发明对此夹角不做具体限制，只要保证传动链路的正常运行即可，如此夹角为90°，即导向滑轮的轴线与第四滑轮83和第五滑轮87的轴线相垂直。
进一步的，第四滑轮83和第五滑轮87的轴线相平行；
第二滑轮62和第三滑轮63的轴线相平行；
第一滑轮53与第二滑轮62的轴线相平行，即驱动轴52与支撑轴61的轴线相平行；
第四滑轮83和第五滑轮87的轴线分别与第二滑轮62的轴线相平行，即摆杆转轴82与支撑轴61的轴线相平行。
在本实施例中，铰链为90°铰链，在收拢状态下，两侧安装板(7，7')垂直设置在中间安装板1的两侧；在展开状态下，两侧安装板(7，7')与中间安装板1呈一条直线，即90°铰链具有机械限位的功能。
在收拢状态下，为了减小收拢包络，摆杆85小角度布置，和左右两侧安装板(7，7')一起压紧在星体的两侧，即两所述摆杆85向所述星体的外侧转动一小角度布置在所述星体的两侧，所述机构呈π形；
入轨后，在展开过程中，所述摆杆85在传动绳索9的作用下，向星体外侧转动一定角度后被机械限位并锁定，防止展开完成后摆杆85回转。本发明对摆杆85通过什么结构进行机械限位不做具体，如可以通过具有一定角度的铰链、轮齿啮合等，为了简化本机构的结构，本实施例利用摆杆85与同侧的摆杆支架81的自身结构进行限位，具体结构为：
所述摆杆支架81为]型，其包括主体安装板811和固定在所述主体安装板811上的两侧板，所述摆杆转轴82的两端固定在两所述侧板上；所述摆杆85转动套设在所述摆杆85上；在展开过程中，所述摆杆85相对于其同侧的所述侧安装板向展开方向转动一定角度后，所述摆杆85的外缘851抵在其同侧的所述主体安装板811上，不再相对于其同侧的侧安装板摆动。
在本实施例中，请参考图7，所述滑块部2上设有左右两个接线柱(21，22)，左绳索段91固定连接在左接线柱21上，右绳索段92固定连接在右接线柱22上，两绳索段(91，92)的具体绕线方式为：
左绳索段91的一端固定在左侧的所述驱动部5的卷筒54上，另一端先绕过左侧的所述第三滑轮63，再经左侧的所述第五滑轮87变向，然后依次经过左侧的所述第一导向滑轮86、第二导向滑轮84、第四滑轮83，并经左侧的所述第二滑轮62变向，最后再通过左侧的所述第一滑轮53到达并固定于所述滑块部2的左接线柱21上。
同理，右绳索段92的一端固定在右侧的所述驱动部5的卷筒54上，另一端先绕过右侧的所述第三滑轮63，再经右侧的所述第五滑轮87变向，然后依次经过右侧的所述第一导向滑轮86、第二导向滑轮84、第四滑轮83，并经右侧的所述第二滑轮62变向，最后再通过右侧的所述第一滑轮53到达并固定于所述滑块部2的右接线柱22上，从而形成一条完整的传动链路。
本发明仅采用一套传动绳索实现机构的在轨展开和往复直线运动，其工作原理：
一、在收拢状态下，中间安装板1固定安装在星体的上端面；左右两侧安装板(7，7')分别压紧在星体的两侧；左右两侧的摆杆85小角度布置，和左右两侧安装板(7，7')一起压紧在星体的两侧，所述机构呈π形；
二、入轨后，左右两摆杆85的锁定状态解除，左右两侧的电机51同时正转收绳，在左右两侧的绳索段(91，92)的带动下，左右两侧的摆杆85先转过一定角度，到达机械限位位置并锁定；
三、左右两侧安装板(7，7')的锁定状态解除，两电机51继续转动收绳，左右两侧安装板(7，7')分别在左右两绳索段(91，92)作用下绕铰链(4'，4)转轴展开，转过90°后铰链(4'，4)进入锁定状态，左右两侧的滑轨部(3”，3')分别跟随左右两侧安装板(7，7')展开到位，并与中间安装板1上的滑轨部3拼接形成一条完整的直线滑轨；
四、展开完成后，右侧的电机51继续正转收绳，左侧的电机51反转放绳，传动绳索9带动滑块部2沿直线滑轨向右运动，反之，右侧的电机51反转放绳，左侧的电机51正转收绳，传动绳索9带动滑块部2沿直线滑轨向左运动。目标运动部件安装于所述机构的滑块部2上，跟随滑块部2实现直线往复运动。
所述机构在收拢状态下电机51释放的绳索段长度最长，展开过程中，绳索段长度逐渐减小，展开完成后，电机51释放的绳索段最短。
展开完成后，滑块部2在直线往复运动时，传动链路上的传动绳索9长度基本不变，因此，机构在展开及往复运动过程中，传动绳索9可以靠电机51驱动力矩保持张紧状态，避免引入额外的张紧措施。
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 (10)

1.一种空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，包括中间安装板、左右两侧安装板和滑块部，所述中间安装板和两所述侧安装板上均设置有可供所述滑块部滑动的滑轨部；
所述中间安装板的左右两端还分别设置驱动部；
两所述侧安装板的一端分别通过铰链与所述中间安装板的左右两端连接，并且在此端，两所述侧安装板上还分别设有第一滑轮组件；两所述侧安装板的另一端分别设有第二滑轮组件；
所述滑块部上设有传动绳索，所述传动绳索包括左右两绳索段，两所述绳索段的一端分别设置在所述滑块部上，左绳索段的另一端经左侧的所述第一滑轮组件和第二滑轮组件与左侧的所述驱动部连接；右绳索段的另一端经右侧的所述第一滑轮组件和第二滑轮组件与右侧的所述驱动部连接，形成一条传动链路；
在收拢状态下，所述中间安装板设置在星体的上端面，左右两所述侧安装板设置在星体的两侧，所述滑块部位于所述中间安装板上；入轨后，两所述驱动部分别驱动两所述绳索段，两所述侧安装板展开，左右两侧的所述滑轨部分别跟随左右两所述侧安装板展开，并与所述中间安装板上的滑轨部拼接形成一条直线滑轨，所述滑块部可在此直线滑轨上做直线往复运动。
2.如权利要求1所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述驱动部包括电机、驱动轴、第一滑轮和用于卷绕所述绳索段的卷筒，所述电机安装在所述中间安装板上，所述电机与所述驱动轴驱动连接，所述第一滑轮转动设置在所述驱动轴上，所述卷筒固定设置在所述驱动轴上，一所述绳索段的一端固定在一所述卷筒上。
3.如权利要求2所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述驱动部还包括驱动轴支架，所述驱动轴支架固定安装在所述中间安装板上，所述驱动轴转动设置在所述驱动轴支架上。
4.如权利要求2所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述第一滑轮组件包括滑轮支架、支撑轴、第二滑轮和第三滑轮，所述滑轮支架固定设置在所述侧安装板上，所述支撑轴安装在所述滑轮支架上，所述第二滑轮和第三滑轮安装在所述支撑轴上。
5.如权利要求4所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述第二滑轮组件包括摆杆、摆杆支架、摆杆转轴、第四滑轮、第五滑轮和导向滑轮，所述摆杆支架固定设置在所述侧安装板上，所述摆杆的一端通过所述摆杆转轴与所述摆杆支架转动连接；所述第四滑轮安装在所述摆杆转轴上；
所述第五滑轮安装在所述摆杆的另一端；
所述导向滑轮安装在所述摆杆上，且位于所述第四滑轮和第五滑轮之间。
6.如权利要求5所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，在收拢状态下，两所述摆杆向星体的外侧转动小角度布置在所述星体的两侧，所述机构呈π形；
在展开过程中，所述摆杆在所述传动绳索的作用下，向星体外侧转动一定角度后被机械限位并锁定。
7.如权利要求6所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述摆杆支架为]型，其包括主体安装板和固定在所述主体安装板上的两侧板，所述摆杆转轴的两端固定在两所述侧板上；所述摆杆转动套设在所述摆杆上；在展开过程中，所述摆杆相对于其同侧的所述侧安装板向展开方向转动一定角度后，所述摆杆的外缘抵在其同侧的所述主体安装板上。
8.如权利要求5所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述绳索段的一端固定在同侧的所述驱动部的卷筒上，另一端先绕过同侧的所述第三滑轮，再经同侧的所述第五滑轮变向，然后依次途经同侧的所述导向滑轮、第四滑轮，并经同侧的所述第二滑轮变向后，最后再通过同侧的所述第一滑轮到达并固定于所述滑块部上。
9.如权利要求1所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述铰链为90°铰链。
10.如权利要求1所述的空间绳系大型可展开直线往复运动机构，其特征在于，所述滑块部上设有左右两接线柱，左右两所述绳索段的一端分别固定连接在左右两所述接线柱上。
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