CN112429554B - 基于金属带驱动的豆荚杆收展机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，包括支架组件、卷筒组件、压扁子机构、导向子机构、金属带及其卷绕子机构、电机组件和制动装置。所述卷筒组件和压扁子机构分别用于收纳和压扁豆荚杆；所述导向子机构用于引导豆荚杆的展出方向，确保其沿水平方向展出；所述金属带可随豆荚杆一同卷绕在收藏卷筒上，用于牵引豆荚杆的展开；所述金属带卷绕子机构用于实现金属带的回收；所述电机组件用于提供驱动力；所述制动装置用于连续地施加摩擦力矩。本发明通过采用金属带牵引进而将豆荚杆展开的技术方案以及摩擦制动装置，避免了传统主动碾压方式可能对豆荚杆结构造成损坏以及豆荚杆不受控展开的问题。

Description

基于金属带驱动的豆荚杆收展机构

技术领域

本发明属于收展机构设计技术领域，具体涉及一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构。

背景技术

豆荚杆，也称为碳纤维复合材料豆荚杆、透镜式薄壁管状空间伸展臂、可盘卷CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic，碳纤维增强塑料)杆等，是一种采用碳纤维复合材料制作而成的、可以压平卷曲并收拢的薄壁管状杆，由于其在展开状态下的横截面呈对称的双“Ω”形状，故得名豆荚杆。这类豆荚杆结构具有质量轻、刚度相对较大、收拢效率高、展开过程可靠等诸多优点，是一种具有较大太空应用价值的可展开折拢结构样式，可为大尺寸航天可展开支撑结构的发展提供新的技术途径。

通常情况下，豆荚杆结构在发射前盘卷收拢成一个体积很小的紧凑结构，入轨工作时再展开成具有承载能力的伸展构型。因此，应用这类豆荚杆结构，就需要设计一套与之配合的、合适的收展机构，以实现其高效收纳和可靠展开。

目前，现有技术方案主要采用设置在用于收藏豆荚杆的转筒中心的电机直接驱动转筒转动的方式，或者利用设置在与展开出口相同高度处的一组或多组滚压轴/主动轮转动从而将豆荚杆水平碾出的方式来实现豆荚杆的展开。

专利CN 16527499A(申请号：2161117560.2，申请日：216.12.06)公布了一种变刚度可展机构及其测控方法，提出了一种通过电机驱动滚筒转动从而使缠绕在滚筒上的豆荚杆向前运动并展开的豆荚展开机构。该机构存在的主要问题是，豆荚杆在由于需要克服的摩擦力较大，极易发生展出卡死的情况。

专利CN 18946339B(专利号：2181566789.5，申请日：218.06.05，授权公告日：219.10.01)公开了一种豆荚杆收纳与展开装置，通过驱动可将豆荚杆压扁的两组滚压轴同时转动来带动豆荚杆展出，将滚压轴与压扁状态的豆荚杆表面之间的摩擦力作为有效的展出牵引力，可较好地避免豆荚杆卡死情况的发生；文献“Design theory and dynamicanalysis of a deployable boom”(一种可展开杆的设计理论和动力学分析；作者：ZhongYi Chu，YiAn Lei；期刊：Mechanism and Machine Theory；卷期：71；年份：214；页码：126–141)报道了一种豆荚杆的展开机构，通过电机以皮带传动的方式来驱动一组设置在与展开出口相同高度位置处的主动轮(其作用相当于专利CN 18946339B中的滚压轴)发生转动，从而实现豆荚杆的展开。这种利用滚压轴/主动轮转动进而将豆荚杆碾出的方式尽管能够较好地避免豆荚杆卡死等现象的发生，但是，由于滚压轴/主动轮与豆荚杆之间存在较大的作用力(该作用力足够大以至豆荚杆能够被完全压扁)，加之豆荚杆是一类薄壁结构，其壁厚通常小于0.5mm，在展开过程中该作用力容易造成豆荚杆结构自身的损坏。

此外，豆荚杆在收拢状态下，其自身存储了很大的弹性势能，这是由于豆荚杆结构的收纳比很高，从自由伸展状态到完全收拢状态，豆荚杆需要经历其横截面被完全压扁和其自身绕用于收藏豆荚杆的转筒进行圆形盘卷两个过程，这两个过程使得收拢状态下的豆荚杆自身存储了很大的弹性能量，一旦限制其展开的约束解除，豆荚杆就会自动弹开。因此，在豆荚杆收展机构设计中，还需要设计良好的制动装置，以避免豆荚杆在自身的弹性势能的作用下过快地、不受控制地展开。这一问题目前尚没有很好的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，旨在解决现有的豆荚杆收展结构容易造成豆荚杆结构损坏的问题。

本发明进一步要解决在结构自身弹性势能作用下豆荚杆无法良好地受控展开的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，包括：

支架组件，用作各组成部件的承力和安装平台；

卷筒组件，包括收藏卷筒、转轴和固定压条，可旋转地架设于所述支架组件内，用于对豆荚杆进行卷绕收纳，同时对金属带进行固定并卷绕；

压扁子机构，设置于所述收藏卷筒的外周侧，用于对将要卷回到所述收藏卷筒上的豆荚杆进行压扁；

导向子机构，设置于所述压扁子机构与豆荚杆展开出口之间，用于引导豆荚杆的展出方向，确保豆荚杆沿水平方向展出；

金属带，可随同豆荚杆一起卷绕在所述收藏卷筒上，用于牵引豆荚杆的展开；

金属带卷绕子机构，设置于所述收藏卷筒的斜上方，用于将所述金属带进行回收。

所述压扁子机构为两个呈上下分布的、相同的滚压轮，两个所述滚压轮表面之间的最小间隙比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm；所述滚压轮可绕其中心轴发生自由转动，所述滚压轮的左右两端均通过轴承连接的方式安装在所述支架组件上。

所述导向子机构包括多组导向轮和多组水平辊，且所述导向轮和所述水平辊均关于豆荚杆左右对称布置；每组所述导向轮均由两个上下分布的、相同的小圆柱体构成，所述小圆柱体可绕其中心轴发生自由转动，两个所述小圆柱体表面之间的最小间隙同样比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm；所述水平辊布置在接近所述豆荚杆展开出口的位置，每组所述导向轮包括工字型可旋转体、旋转中心轴和辊安装基座，所述工字型可旋转体可绕所述旋转中心轴发生自由转动，所述辊安装基座用于将所述水平辊固定安装在所述支架组件上。

所述金属带卷绕子机构包括带回收卷筒、传动齿轮、阻尼弹片、改向滑轮和带回收卷筒安装基座；所述带回收卷筒用于卷绕回收所述金属带；所述传动齿轮可在所述电机组件的带动下发生转动；所述阻尼弹片用于防止所述带回收卷筒发生无约束自由转动；所述改向滑轮用于实现对所述金属带运动方向的改变；所述带回收卷筒安装基座用于将所述金属带卷绕子机构固定安装在所述支架组件上。

所述基于金属带驱动的豆荚杆收展机构还包括制动装置，所述制动装置设置于所述收藏卷筒的端面一侧，用于在豆荚杆展开过程中给所述收藏卷筒连续地施加摩擦力矩。

优选的，所述制动装置包括压紧弹簧、制动盘和摩擦片；所述摩擦片固定安装在所述收藏卷筒的一侧端面上；所述制动盘通过连接螺钉安装在所述支架组件上，所述制动盘在其与所述摩擦片相连接的一侧表面上设置有摩擦材料；所述压紧弹簧设置在所述连接螺钉之上，并位于所述制动盘与所述支架组件之间。

所述基于金属带驱动的豆荚杆收展机构还包括电机组件，用于给所述金属带卷绕子机构的转动提供驱动力；所述电机组件包括步进电机、动力输出齿轮、电机驱动器、电机控制器、电源和电机安装基座；所述步进电机通过所述电机安装基座固定安装在所述支架组件上，并通过所述动力输出齿轮将动力传递给所述金属带卷绕子机构。

优选的，所述金属带为不锈钢带，其宽度为2mm-12mm，厚度为0.02mm-0.1mm。

优选的，所述支架组件为长方体状的框架结构，包括前面板、后面板、左立板、右立板、上顶板、下底板、水平承力支架和竖直承力支架，所述水平承力支架包括左侧水平承力支架和右侧水平承力支架，所述竖直承力支架包括左侧竖直承力支架和右侧竖直承力支架。

进一步的，所述收藏卷筒的圆柱形表面上还开设有多个连续均匀分布的条形孔。

与现有技术相比，本发明技术方案取得的有益效果主要体现在以下几个方面：

首先，本发明采用金属带牵引进而将豆荚杆展开的技术方案，事先将一根很薄的金属带与豆荚杆一同卷绕在收藏卷筒上，在展开时通过电机驱动金属带卷绕子机构，对金属带进行卷绕回收从而实现豆荚杆的顺利展开，作用在豆荚杆上的展开驱动力是豆荚杆与金属带表面之间的摩擦力，这种展开方式就很好地避免了传统滚压轴/主动轮主动碾压方式可能对豆荚杆结构造成的损坏。

其次，本发明在收藏卷筒的一侧端面还设置有压紧程度可以调节的制动装置，通过给收藏卷筒连续地施加一个恒定的摩擦力矩，可以保证豆荚杆平顺地展出，从而有效解决了豆荚杆在自身弹性势能作用下不受控展开的问题。

此外，本发明技术方案中，豆荚杆的端部不必在收藏卷筒上固定，而是插入到收藏卷筒的圆柱表面上就近的条形孔中，这种方式有利于实现豆荚杆展开到位后豆荚杆与其收展机构之间的分离，进而实现豆荚杆收展机构的抛却，这样就可以大大减轻豆荚杆所应用到的航天系统的结构质量，从而提高航天系统的有效载荷比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明所述基于金属带驱动的豆荚杆收展机构的内部结构图；

图2是图1在另外一个角度进行侧视的内部结构图；

图3是支架组件的结构组成示意图；

图4是收藏卷筒与制动装置的结构示意图；

图5是压扁子机构与导向子机构的结构示意图；

图6是水平辊的结构示意图；

图7是水平辊中工字型可旋转体的平面视图，图7的（a）为正视图，图7的（b）为俯视图；

图8是金属带及其卷绕机构与电机组件的结构示意图；

图9是图8在另外一个角度的侧视图；

图10是电机组件的组成与工作原理示意图。

本发明的附图标号说明：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，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。而且，在本发明的描述中，除非有特别明确的轨道，“一组”的含义是指为实现某种功能，两个一起配合工作的相同部件，例如一组滚压轮是指两个相同的、相互配合工作的滚压轮，它们共同实现了将豆荚杆进行压扁的功能，它们的布置仅仅是在某一方向上的位置存在区别；类似地，“两组”、“三组”、“四组”等等的含义以此类推。

此外，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。

另外，本发明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。

为解决现有的豆荚杆收展结构容易造成豆荚杆结构损坏、以及在结构自身弹性势能作用下豆荚杆无法良好地受控展开的技术问题，本发明提出了一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构。

请参阅图1及图2，它们为一实施方式中的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构在两个不同方向上进行侧视的内部结构图。为了清晰起见，图1中未显示后面板14和左立板15，而图2未显示后面板14和右立板16。另外，为了便于描述，将豆荚杆9的展开部分所在的一侧定义为“前”，由此在明确前后方位关系后，可以进一步确定“左”、“右”、“上”、“下”。本实施方式中的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构主要包括支架组件1、卷筒组件2、制动装置3、压扁子机构4、导向子机构5、金属带6、金属带卷绕子机构7以及电机组件8等几个组成部分。

1)支架组件1

参阅图3，支架组件1是一个呈长方体状的框架结构，它为本发明所述收展机构内部的各种组成部件、装置或子机构提供了良好的承力或安装平台，同时，支架组件1形成了一个相对封闭的空间，使得本发明所述收展机构的内部组成部件不至于暴露在恶劣的工作环境中，从而可为内部装置或设备的工作提供良好的温度等环境条件或参数。由图3可见，支架组件1包括前面板13、后面板14、左立板15、右立板16、上顶板17、下底板18以及水平承力支架11、竖直承力支架12。其中，水平承力支架11和竖直承力支架12是为了使支架组件1成为一种开放式支架结构而设置，这样能够在保持支撑功能的同时，方便本发明所述收展机构在地面实验室环境下进行调试，只需在调试时将左立板15、右立板16和后面板 14去除即可。为显示支架组件1的内部结构特征，图3中将左立板15进行了隐藏，未予以显示；左立板15的结构可参阅图2。

竖直承力支架12包括左侧竖直承力支架12a和右侧竖直承力支架12b，竖直承力支架12 沿竖直方向布置，其上下端面分别通过螺钉连接的方式与上顶板17、下底板18进行固定连接，左侧竖直承力支架12a紧贴左立板15的内侧，而右侧竖直承力支架12b紧贴右立板16的内侧。

水平承力支架11沿水平方向布置，其左右两端也通过螺钉连接的方式分别与前立板13 和竖直承力支架12进行固定连接；水平承力支架11包括左侧水平承力支架11a和右侧水平承力支架11b，左侧水平承力支架11a贴近左立板15的内侧，而右侧水平承力支架11b贴近右立板16的内侧。

在水平承力支架11和竖直承力支架12上均设有多个用于安装本发明所述收展机构内部组成部件的机械接口。具体地，在水平承力支架11上，设有压扁子机构4、导向轮51、改向滑轮74等部件的安装接口；竖直承力支架12上，设有卷筒组件2、制动装置3等的安装接口。

在前面板13上还设有一个豆荚杆展开出口19，用于豆荚杆9从内部向外展出。此外，下底板18的尺寸相对于上顶板17的尺寸较大，相对于支架组件1的本体向外有延伸部分，这样设计的目的是为了任务拓展需要，预留其它一些与本发明所述收展机构配合工作的机构或装置的机械安装接口。

2)卷筒组件2

请参阅图4，卷筒组件2主要包括收藏卷筒24、转轴21以及固定压条22，可旋转地架设于所述支架组件1内，在收藏卷筒24上固定所述豆荚杆9的一端，用于对豆荚杆9进行卷绕收纳。其中，收藏卷筒24安装在转轴21之上；转轴21位于在水平面内(平行于上顶板17或下底板18所在的平面)，并垂直于所述左立板15或右立板16所在平面，通过在竖直承力支架12上相应的安装孔内布置轴承的方式，转轴21的两端分别与左侧竖直承力支架12a和右侧竖直承力支架12b进行连接，由于采用了轴承，使得收藏卷筒24可绕转轴21发生转动；固定压条22通过螺钉连接的方式，可将金属带6的端部在收藏卷筒24上进行固定。

此外，为了确保压扁后的豆荚杆不再由于外力的消失而弹开，在收藏卷筒24的圆柱形表面上还可以连续开设有多个条形孔23，详见图4，这些条形孔23在收藏卷筒24的圆柱形表面上连续均匀分布。这样做的好处主要在于，当对豆荚杆9进行收纳时，不必过多地调整收藏卷筒24的旋转角度，可使豆荚杆9的端部进入就近的条形孔23；同时，条形孔23的开设，还减轻了收藏卷筒24的结构质量。

本实施例中，作用对象豆荚杆9的长度选为10m，壁厚选为0.4mm，其完全压扁后的宽度为90mm，厚度为0.8mm；收藏卷筒24的宽度应大于豆荚杆的压扁后宽度，因而设计为100mm；同时为了保证豆荚杆不被卷坏，即不发生裂开等损坏现象，收藏卷筒24的直径应尽量越大越好，本实施例从两倍的安全余留考虑，将收藏卷筒24的直径设计为120mm，由此对于本实施例中的豆荚杆9，其完全盘卷收纳在收藏卷筒24上后的厚度仅约为10.6mm。

3)制动装置3

由于豆荚杆在压扁和盘卷后，其结构自身存储了很大的弹性势能，该弹性势能足以让其在约束解决情况下极快弹开，因此，为了防止豆荚杆在该弹性势能作用下不受控展开，本发明在收藏卷筒24的一侧设置有制动装置3，其可以在展开过程中连续地给收藏卷筒24 施加一个恒定的摩擦力矩。请再次参阅图4，制动装置3主要包括压紧弹簧31、制动盘32和摩擦片33，其中，所述摩擦片33固定安装在所述收藏卷筒24的一侧端面上，图4显示的是安装在收藏卷筒24的左侧端面的情形，摩擦片33通过螺钉连接的方式固定安装在收藏卷筒24的左侧端面；所述制动盘32通过两个连接螺钉安装在所述支架组件1中的左侧竖直承力支架12a上，所述压紧弹簧31设置在连接螺钉之上，并位于制动盘32与左侧竖直承力支架12a之间。所述制动盘32在其与所述摩擦片33相连接的一侧表面设置有摩擦材料，在图4所示的实施例中，在所述制动盘32的右侧表面粘贴有摩擦材料。

通过选择不同型号和刚度系数的压紧弹簧31，可以实现施加在收藏卷筒24上的摩擦力矩的大小调整和改变。

4)压扁子机构4

压扁子机构4位于卷筒组件2的外周侧，主要用于将豆荚杆9进行压扁。请参阅图5，本发明中的压扁子机构4采用一组滚压轮实现，一组为两个，两个滚压轮完全相同，它们的中心轴都位于水平面内，且垂直于左立板15所在平面；两个滚压轮呈上下分布，仅在竖直方向上的高度位置不同，它们通过配合工作构成一组能够将要卷回到收藏卷筒24上的豆荚杆9进行压扁的机构。由图5可见，滚压轮的左右两端分别通过轴承连接的方式安装在所述支架组件1中的左侧竖直承力支架12a和右侧竖直承力支架12b之上。

两个滚压轮表面之间的最小间隙应略大于豆荚杆压扁后的厚度，具体数值比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm。在本实施例中，考虑到豆荚杆压扁后的厚度为0.8mm以及误差因素的客观存在，将压扁子机构4的内部间隙(即上下两个滚压轮表面之间的最小间隙) 设计为0.85mm。同时，也可以通过设计单个滚压轮的直径这一参数，来实现该滚压轮最小间隙的调整，由此确保豆荚杆合适的压扁程度并避免豆荚杆产生过大的回弹力。值得说明的是，为了确保合适的压扁程度以及避免过大的回弹力，还可以通过设计压扁子机构的组数来实现，多组压扁子机构只需在相同的高度位置上进行布置，并沿水平方向等间距分布，本实施例中压扁子机构的组数选择为一组。

5)导向子机构5

为了保证豆荚杆9能够沿水平方向从前面板13上的豆荚杆展开出口19中展出，本发明所述收展机构中还设置有一套导向子机构5，设置于所述压扁子机构的前方，用于引导豆荚杆的展出方向，确保豆荚杆沿水平方向展出。

请再次参阅图5，导向子机构5主要包括多组导向轮51和多组水平辊52，它们关于豆荚杆左右对称布置，且安装在水平承力支架11上。每组导向轮51均由两个上下分布的、相同的小圆柱体构成，小圆柱体均可绕其中心轴发生自由转动，两个小圆柱体表面之间存在合适的最小间隙，该间隙宽度比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm，以确保豆荚杆在展开时其边缘恰好位于该间隙之中。在接近豆荚杆展开出口19的位置，为了有效防止豆荚杆制作材料不均匀性所导致的豆荚杆在展开过程中的左右偏摆，还设有水平辊52。请参阅图6，水平辊52包括工字型可旋转体521、旋转中心轴522和辊安装基座523，旋转中心轴522垂直于下底板18所在平面，工字型可旋转体521以胶粘等方式固定安装在旋转中心轴522上，并可绕旋转中心轴522发生自由转动，辊安装基座523通过连接螺钉的方式将水平辊52安装在支架组件1中的前面板13上。工字型可旋转体521的正视图与俯视图请分别参阅图7的（a）和图 7的（b），在豆荚杆展开过程中，豆荚杆9的边缘位于工字型可旋转体521的上下两个端面之间。

本实施例中，导向轮51共设有四组，水平辊52共设有两组，它们的中心高度与豆荚杆展开出口19的中心高度相同，导向轮51的间隙也设计为0.85mm。

6)金属带6

本发明采用金属带进行牵引的技术方案来实现豆荚杆的展开。具体地，在收拢时，金属带6伴随着豆荚杆9的收纳一同卷绕在收藏卷筒24上；在展开时，采用一套回收机构将金属带6进行回收，由于金属带与豆荚杆之间的摩擦力，豆荚杆在金属带的牵引下，不断向外展开。

为保证金属带的连接强度，以至于在展开过程中不容易被拉断，所述金属带采用不锈钢带，其宽度为2mm-12mm，厚度为0.02mm-0.1mm。本实施例中，金属带6采用宽度为10mm、厚度为0.05mm的不锈钢带。

7)金属带卷绕子机构7

上文所述的金属带回收机构即为金属带卷绕子机构7，其可在电机驱动下发生转动，从而带动金属带回收。

请一并参阅图8与图9，金属带卷绕子机构7包括带回收卷筒71、传动齿轮72、阻尼弹片73、改向滑轮74以及带回收卷筒安装基座75。其中，带回收卷筒71用于卷绕回收金属带6，其连接有一个传动齿轮72，可在电机的动力输出齿轮的带动下发生转动，从而实现金属带6的回收。金属带6的一端通过固定压条22连接到收藏卷筒24上，另一端固定到带回收卷筒71的表面上。金属带6在整个工作过程中处于张紧状态，改向滑轮74的作用相当于一个定滑轮，它可绕垂直于左立板15的、位于水平面内的轴发生自由转动，实现对金属带6 运动方向的改变。带回收卷筒安装基座75用于将金属带卷绕子机构7固定安装在上顶板17 上。此外，为了防止在豆荚杆收纳过程中带回收卷筒71发生无约束地自由转动，从而造成金属带6的松弛，在金属带卷绕子机构7中还设有一个阻尼弹片73，它也固定安装在上顶板 17上，它具有一个小型卡口，正好位于传动齿轮72的齿槽之中，阻尼弹片73由弹性材料制作而成，在传动齿轮72发生转动时，阻尼弹片73通过自身的形变能够给传动齿轮72施加一定的阻力矩，也就是说，传动齿轮72需要克服阻尼弹片73的阻力矩才能发生转动。值得注意的是，该阻力矩与制动装置3提供的摩擦力矩不同，它是非连续的。

本实施例中，带回收卷筒71的直径设计为40mm。

8)电机组件8

电机组件8主要用于给金属带卷绕子机构7的转动提供驱动力，请再次参阅图8与图9，电机组件8包括步进电机81、动力输出齿轮82、电机驱动器83、电机控制器84、电源85以及电机安装基座86，步进电机81通过电机安装基座86固定安装在上顶板17上，并通过动力输出齿轮82将动力传递给金属带卷绕子机构7。电机组件8的详细组成与具体工作原理如图10所示。

本实施例中，步进电机81选用上海鸣志电器股份有限公司生产的高精度混合式步进电机，型号为5718M-02P，质量为0.68kg，工作电压为24V，保持力矩为1.22Nm，工作温度范围为-20℃～50℃；电机驱动器83也选用上海鸣志电器股份有限公司生产的产品，型号R356，工作电压为12V～30V，接口为RS232/RS485。

根据以上各个组成部分的详细介绍，本发明所述基于金属带驱动的豆荚杆收展机构的具体工作过程可以归纳如下：

1、收拢过程

采用手动的方式将豆荚杆9进行收拢。事先将金属带9的一端通过固定压条22连接到收藏卷筒24上。豆荚杆9的末端从豆荚杆展开出口19穿入到收展机构之中，经水平辊52、导向轮51后被压扁机构4压扁，再插入到收藏卷筒24表面的一个条形孔23之中。此时，以手动作动的方式反向转动收藏卷筒24，随着收藏卷筒24的转动，豆荚杆9与金属带6一同被慢慢卷绕在收藏卷筒24之上，直至整个豆荚杆9被完全收拢为止。注意整个收拢过程保持金属带6处于张紧状态。

2、展开过程

展开过程采用电动的方式。在步进电机81的作用下，动力输出齿轮82发生转动，从而带动传动齿轮72转动，使得带回收卷筒71不断对金属带6进行卷绕回收。由于金属带6与豆荚杆表面之间存在摩擦力，因而金属带的运动带动豆荚杆9不断向外展开，直至整个豆荚杆完全展开为止。

本发明通过采用金属带牵引进而将豆荚杆展开的技术方案，避免了传统滚压轴/主动轮主动碾压方式可能对豆荚杆结构造成的损坏，同时，本发明通过在收藏卷筒的一侧设置压紧程度可以调节的摩擦制动装置，可以保证豆荚杆平顺地展出，从而有效解决了豆荚杆在自身弹性势能作用下不受控展开的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，包括：

支架组件，用作各组成部件的承力和安装平台；

卷筒组件，包括收藏卷筒、转轴和固定压条，可旋转地架设于所述支架组件内，用于对豆荚杆进行卷绕收纳，同时对金属带进行固定并卷绕；

压扁子机构，设置于所述收藏卷筒的外周侧，用于对将要卷回到所述收藏卷筒上的豆荚杆进行压扁；

导向子机构，设置于所述压扁子机构与豆荚杆展开出口之间，用于引导豆荚杆的展出方向，确保豆荚杆沿水平方向展出；

金属带，可随同豆荚杆一起卷绕在所述收藏卷筒上，用于牵引豆荚杆的展开；

金属带卷绕子机构，设置于所述收藏卷筒的斜上方，用于将所述金属带进行回收；

还包括制动装置，所述制动装置设置于所述收藏卷筒的端面一侧，用于在豆荚杆展开过程中给所述收藏卷筒连续地施加摩擦力矩；

所述导向子机构包括多组导向轮和多组水平辊，且所述导向轮和所述水平辊均关于豆荚杆左右对称布置；每组所述导向轮均由两个上下分布的、相同的小圆柱体构成，所述小圆柱体可绕其中心轴发生自由转动，两个所述小圆柱体表面之间的最小间隙比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm；所述水平辊布置在接近所述豆荚杆展开出口的位置，每组所述导向轮包括工字型可旋转体、旋转中心轴和辊安装基座，所述工字型可旋转体可绕所述旋转中心轴发生自由转动，所述辊安装基座用于将所述水平辊固定安装在所述支架组件上；

所述金属带卷绕子机构包括带回收卷筒、传动齿轮、阻尼弹片、改向滑轮和带回收卷筒安装基座；所述带回收卷筒用于卷绕回收所述金属带；所述传动齿轮可在电机组件的带动下发生转动；所述阻尼弹片用于防止所述带回收卷筒发生无约束自由转动；所述改向滑轮用于实现对所述金属带运动方向的改变；所述带回收卷筒安装基座用于将所述金属带卷绕子机构固定安装在所述支架组件上；

所述收藏卷筒的圆柱形表面上还开设有多个连续均匀分布的条形孔。

2.如权利要求1所述的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，所述压扁子机构为两个呈上下分布的、相同的滚压轮，两个所述滚压轮表面之间的最小间隙比豆荚杆压扁后的厚度大0.1mm-0.8mm；所述滚压轮可绕其中心轴发生自由转动，所述滚压轮的左右两端均通过轴承连接的方式安装在所述支架组件上。

3.如权利要求1所述的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，所述制动装置包括压紧弹簧、制动盘和摩擦片；所述摩擦片固定安装在所述收藏卷筒的一侧端面上；所述制动盘通过连接螺钉安装在所述支架组件上，所述制动盘在其与所述摩擦片相连接的一侧表面上设置有摩擦材料；所述压紧弹簧设置在所述连接螺钉之上，并位于所述制动盘与所述支架组件之间。

4.如权利要求1所述的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，所述电机组件用于给所述金属带卷绕子机构的转动提供驱动力；所述电机组件包括步进电机、动力输出齿轮、电机驱动器、电机控制器、电源和电机安装基座；所述步进电机通过所述电机安装基座固定安装在所述支架组件上，并通过所述动力输出齿轮将动力传递给所述金属带卷绕子机构。

5.如权利要求1所述的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，所述金属带为不锈钢带，其宽度为2mm-12mm，厚度为0.02mm-0.1mm。

6.如权利要求1所述的基于金属带驱动的豆荚杆收展机构，其特征在于，所述支架组件为长方体状的框架结构，包括前面板、后面板、左立板、右立板、上顶板、下底板、水平承力支架和竖直承力支架，所述水平承力支架包括左侧水平承力支架和右侧水平承力支架，所述竖直承力支架包括左侧竖直承力支架和右侧竖直承力支架。

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