CN113685523B - 一种可往复伸缩展开机构 - Google Patents

Abstract

一种可往复伸缩展开机构，包括驱动电机、传动丝杠、N个丝母、N级伸缩臂、若干展开锁紧机构、若干收拢锁紧机构、若干滚动轴承；驱动电机通过转轴与传动丝杠一端连接，丝母分别安装在每级伸缩臂的靠近电机的一端；各级伸缩臂通过滚动轴承相互连接；第2级～第(N‑1)级伸缩臂远离电机端端部的外壁上设置展开锁紧机构，第2～第(N‑1)级伸缩臂远离电机端端部内壁处设置收拢锁紧机构；本发明的机构运动轨迹唯一可控、锁定可靠、逐级伸、展可控，且伸、展过程自动、可重复；通过电机驱动有效规避了无源驱动展开冲击大这一弊端、展开刚度及强度可根据需求进行适应性优化设计、收纳比高；可广泛应用于空间大型乃至超大型可展结构，具有广泛应用前景。

Description

一种可往复伸缩展开机构

技术领域

本发明所涉及一种可往复伸缩展开机构，属于空间大型可展开结构技术领域。

背景技术

随着空间地球观测技术及新一轮航天事业的迅猛发展，对大型乃至超大型有效载荷的需求越来越迫切，但受运载火箭运载仓包络限制，要求机构在发射阶段收拢尺寸要求越来越小。为了满足收拢尺寸小，展开尺寸大的要求，有必要大力发展超高收纳比机构。本发明所涉及的可往复伸缩展开机构可以满足大型乃至超大型空间结构的需求。随着火箭回收技术的开发，该技术可借鉴与其他有效载荷的回收，以及太空环境的维护需求，本机构前瞻性的设计可满足有效载荷在轨收拢，进而为在轨垃圾或其他载荷回收、再利用提供解决思路。目前空间可展开大型结构尚无在轨自动解锁并分级逐步收拢结构的应用先例，同时存在着展开跨度与刚度的矛盾。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可往复伸缩展开机构，可为大型空间结构提供支撑及型面保持。旨在解决大型空间可展开结构在轨收拢、高收纳比、大跨度、高刚度几个需求之间的矛盾。为了满足高收纳比要求，本机构采用多级嵌套的收拢方式，沿伸缩方向收纳比高；同时，可通过改变分级级数及口径长宽比例可实现沿运动轴径向和周向的收纳比，进一步提升其对运载仓的适应性。

本发明所采用的技术方案是：一种可往复伸缩展开机构，包括驱动电机、传动丝杠、N个丝母、N级伸缩臂、若干展开锁紧机构、若干收拢锁紧机构、若干滚动轴承；N≥2；

驱动电机通过转轴与传动丝杠一端连接，丝母分别安装在每级伸缩臂的靠近电机的一端；第1级伸缩臂靠近电机端的外壁处设置滚动轴承，第2级～第N-1级伸缩臂靠近电机端的外壁处安装滚动轴承，远离电机端的内壁处安装滚动轴承；第N级伸缩臂远离电机端的内壁处设置滚动轴承，各级伸缩臂通过滚动轴承相互连接；

第2级～第(N-1)级伸缩臂远离电机端端部的外壁上设置展开锁紧机构，第2～第(N-1)级伸缩臂远离电机端端部内壁处设置收拢锁紧机构；

展开过程中，驱动电机的驱动传动丝杠，各级伸缩臂在传动丝杠及各丝母的配合下，从第1级伸缩臂开始至第N级伸缩臂依次展开，并通过各级间的展开锁紧机构实现锁定；当各级伸缩臂处于展开状态时，级间的滚动轴承对收拢锁紧机构施加约束，限制伸缩臂的运动；

收拢过程中，驱动电机的驱动传动丝杠，各级伸缩臂在传动丝杠及各丝母的配合下，各级间的收拢锁紧机构解除锁定，从第(N-1)级伸缩臂开始，第(N-1)级伸缩臂收拢至第N级伸缩臂中，第(N-2)级伸缩臂收拢至第(N-1)级伸缩臂中，……，第1级伸缩臂收拢至第2级伸缩臂中。

展开锁紧机构包括第一安装座、展开锁紧拨片、第一扭簧、第一转轴；展开锁紧拨片为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，展开锁紧拨片弯折处的凸起一侧通过第一转轴和第一扭簧安装在第一安装座上；展开锁紧机构通过第一安装座与所安装的伸展臂固定，伸展臂的外壁上设置与展开锁紧拨片的长边端部位置对应的通孔，展开锁紧拨片的短边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部。

收拢锁紧机构包括第二安装座、收拢锁紧拨片、第二扭簧、第二转轴；收拢锁紧拨片为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，收拢锁紧拨片弯折处的凹面一侧通过第二转轴和第二扭簧安装在第二安装座上；收拢锁紧机构通过第二安装座(10-1)固定在所安装的伸缩臂的内壁，收拢锁紧拨片的长边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部。

第2级～第N-1级伸展臂中，每个伸展臂的两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个展开锁紧机构，另外两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个收拢锁紧机构。

在各级伸展臂处于收拢状态时，安装在第i级伸缩臂上的展开锁紧机构的短边一侧被第(i+1)级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴压紧，此时展开锁紧机构的长边一侧翘起，解除对伸缩臂的锁定；展开过程中，当第i级伸缩臂在驱动电机和传动丝杠共同作用下平动时，第(i+1)级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴沿展开锁紧拨片的表面滑动，释放锁紧拨片的短边，展开锁紧拨片的长边在第一扭簧的作用下运动，展开锁紧拨片的长边端部的弯钩从伸缩臂外壁上的通孔穿过并勾住第(i-1)级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴，实现锁定。

在各级伸展臂处于展开状态时，第(i-1)级伸缩臂外壁上滚动轴承支撑轴压紧收拢锁紧拨片的短边，第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴压紧收拢锁紧拨片的长边，收拢锁紧拨片在第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴作用下产生约束，限制第i级伸缩臂的平动；

收拢过程中，当第(i-1)级伸缩臂在驱动电机和传动丝杠共同作用下平动时，第(i-1)级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴随动并脱离收拢锁紧拨片，收拢锁紧拨片沿转动方向无约束，在第二扭簧作用下，收拢锁紧拨片做定轴转动，收拢锁紧机构解锁，第i级伸缩臂和第(i-1)级伸缩臂之间沿传动丝杠轴线方向无相对限位约束，第i级伸缩臂沿传动丝杠轴线向驱动电机方向靠拢平动，完成收拢。

一种可往复伸缩展开机构，展开过程如下：驱动电机通电，传动丝杠中螺纹部分与第1级伸缩臂中丝母形成螺旋副、传动丝杠光杆部分被包容于第2～N级伸缩臂的丝母中；驱动电机驱动传动丝杠做回旋运动，驱动第1级伸缩臂做直线运动直至第3级伸缩臂和第2级伸缩臂之间的展开锁紧机构锁定第1级伸缩臂中的滚动轴承支撑轴，第1级伸缩臂展开到位，后续第1级伸缩臂与第2级伸缩臂作为一体进行整体运动；驱动电机继续驱动第2级伸缩臂做直线运动直至第4级伸缩臂和第3级伸缩臂之间的展开锁紧机构锁定第2级伸缩臂中的滚动轴承支撑轴，第2级伸缩臂展开到位；以此类推，第3～(N-1)级伸缩臂依次展开到位；第N级伸缩臂在展开过程中传动丝杠未脱离第N级伸缩臂的丝母，待第N级伸缩臂的靠近电机端的端部与基座上滚动轴承产生接触时，基座约束第N级伸缩臂继续运动，第N级伸缩臂展开到位。

一种可往复伸缩展开机构，收拢过程如下：驱动电机通电反转，第1～(N-1)级伸缩臂作为一个整体在传动丝杠作用下向第N级伸缩臂中收拢，待第(N-1)级伸缩臂中近电机端端部与基座接触时，基座对第(N-1)级伸缩臂产生约束阻碍其继续收拢，第(N-1)级伸缩臂收拢到位；此时，第(N-2)级伸缩臂中丝母旋入传动丝杠螺纹部分形成螺旋副，在驱动电机带动传动丝杠作用下第(N-2)级伸缩臂开始作直线运动向靠拢驱动电机方向收拢回退，第(N-2)级伸缩臂中滚动轴承支撑轴对位于第(N-1)级和第(N-2)级伸缩臂之间的收拢锁紧机构的约束解除，收拢锁紧机构解锁，第(N-1)级和第(N-2)级伸缩臂之间无直接约束，第(N-2)级伸缩臂继续回退，待第(N-2)级伸缩臂中近电机端端部与第(N-1)级伸缩臂端部接触时，第(N-1)级伸缩臂对第(N-2)级伸缩臂产生约束阻碍第(N-2)级伸缩臂继续收拢，第(N-2)级伸缩臂收拢到位；以此类推，第(N-3)级～第1级伸缩臂依次收拢到位。

各级伸缩臂均为长方形杆。

各级伸缩臂的材料均为碳纤维。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明公开了一种可往复伸缩展机构，结构形式简单易于实现，可多次伸展收缩重复利用率高、使用场景广，动力源为电机，输出功率稳定，可以有效缓解展开冲击、重复展开精度高的特点；

(2)本发明公开了一种可往复伸缩展机构，具有易折叠、收纳比高、质量轻、可重复收拢展开、可适应各种不同任务等优点，可为多种空间大型可展结构提供结构支撑；

(3)本发明公开了一种可往复伸缩展机构，其展开到位后结构为一阶梯轴，自身强度、刚度性能优良，在强度、刚度有更加苛刻要求时，可优化伸缩臂壁厚、局部加强、部分杆件长度调整等方案来满足任务要求。同时，当受运载舱或结构限制等要求，在保证展开尺寸的情况下，可通过增、减伸缩臂级数、改变伸缩臂口径、长度等多种方式来改变沿伸展方向径向或者周向收纳比，进一步提升该结构适应能力。

(4)本发明通过合理设计展开锁紧机构和展开锁紧机构巧妙解决了在轨自动收拢难题。同时采用渐变口径的伸缩臂，展开到位后结构呈阶梯轴，有效提升刚度，同时可通过对改变伸缩臂壁厚或局部加强的方式来提高刚度。采用电机驱动可以有效缓解展开冲击，同时可提供足够的动力输入，确保展开到位；通过合理设计丝杠中螺纹和光杆的分布及其与各级伸缩臂中丝母的配合关系，以及锁定机构的应用，可保证展开过程分级、有序；采用展开锁紧机构确保展开到位后构型保持稳定不变，同时保证机构整体刚度。该机构后续可服务与空间大型可展结构，为航天任务的解决提供新的选择。

附图说明

图1为本发明的可往复伸缩展机构展开状态下的示意图。

图2为本发明的可往复伸缩展机构收拢状态下的示意图。

图3为本发明的可往复伸缩展机构的展开过程剖视图。

图4为本发明的可往复伸缩展机构的展开过程剖视图(俯视图)。

图5为本发明的可往复伸缩展机构装配示意图。

图6为本发明的可往复伸缩展机构传动丝杠和丝母配合情况。

图7a为本发明的可往复伸缩展机构的展开锁紧机构安装位置图。

图7b为本发明的可往复伸缩展机构的展开锁紧机构的结构图。

图8a为本发明的可往复伸缩展机构的收拢锁紧机构安装位置图。

图8b为本发明的可往复伸缩展机构的收拢锁紧机构结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

如图1、2所示，本发明公开了一种可往复伸缩展机构，主结构中多级伸缩臂采用碳纤维杆，质量轻便，强度高，耐疲劳性好；采用电机+丝杠的驱动方式，具有小驱动大输出、结构简单，重量轻，可靠性高，可维护性好，成本较低等优势。

如图3、4所示，本发明提出一种可往复伸缩展机构，其主要功能及目的是发射入轨后自动展开并可靠锁定，同时可根据需求进行重复收拢、展开。该机构以驱动电机及与其固连的碳纤维套筒作为基座，伸缩过程中各级伸缩臂相对后一级(如第1级伸缩臂4相对第2级伸缩臂5运动，第2级伸缩臂5相对第3级伸缩臂6运动……，以此类推，直至N级伸缩臂，N级伸缩臂相对基座运动)做一维直线伸缩运动。为了便于描述，除基座套筒外伸缩臂口径从小到大依次定义为第1级伸缩臂4，第2级伸缩臂5，……，第(i-1)级伸缩臂，第i级伸缩臂，第(i+1)级伸缩臂，……，第N级伸缩臂，i＝2,3,…,N-1。

如图5，可往复伸缩展开机构，包括驱动电机1、传动丝杠2及N个丝母3、N级伸缩臂、若干滚动轴承7、若干展开锁紧机构9，若干收拢锁紧机构10，其中，N为正整数，N≥2。N和滚动轴承的具体数量可根据任务对收拢、展开尺寸、收纳比、强度、刚度、可靠性、重量等具体要求进行适应性设计(通过对N数值的调整实现展开跨度的调整)。

一般要求N≥2，当N＝1时，无需展开锁紧机构9和收拢锁紧机构10，仅依靠驱动电机1、传动丝杠2、丝母3及机构自身几何约束即可实现伸、缩功能；当N＝0时，机构为固定结构不具有伸、缩功能。以上两种情况(N＝1和N＝0)不作为本发明探讨内容，故本发明所涉及讨论部分均默认N≥2；

驱动电机1通过转轴与传动丝杠2一端连接，丝母3分别安装在每级伸缩臂的靠近电机的一端，各级伸缩臂通过滚动轴承连接；

第1级伸缩臂靠近电机端的外壁处设置滚动轴承7，第2级～第(N-1)级伸缩臂靠近电机端的外壁处安装滚动轴承7，远离电机端的内壁处安装滚动轴承7；第N级伸缩臂远离电机端的内壁处设置滚动轴承7；

展开锁紧机构9包括第一安装座9-1、展开锁紧拨片9-2、第一扭簧9-3、第一转轴9-5；展开锁紧拨片9-2为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，展开锁紧拨片9-2弯折处的凸起一侧通过第一转轴9-5和第一扭簧9-3安装在第一安装座9-1上；第2级～第(N-1)级伸缩臂远离电机端端部的外壁上设置展开锁紧机构9，展开锁紧机构9通过第一安装座9-1与伸展臂固定，伸展臂的两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个展开锁紧机构9且伸展臂的外壁上设置与展开锁紧拨片9-2的长边端部位置对应的通孔，展开锁紧拨片9-2的短边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部；

如图7a、7b所示，展开锁紧机构9的具体工作原理如下：在伸展臂处于收拢状态时，安装在第i级伸缩臂上的展开锁紧机构9的短边一侧被第(i+1)级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴8-1压紧，此时展开锁紧机构9的长边一侧翘起，解除对伸缩臂的锁定；展开过程中，当第i级伸缩臂在驱动电机和传动丝杠2共同作用下平动时，第(i+1)级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴8-1沿展开锁紧拨片9-2的表面滑动，释放锁紧拨片9-2的短边，展开锁紧拨片9-2的长边在第一扭簧9-3的作用下运动，展开锁紧拨片9-2的长边端部的弯钩从伸缩臂外壁上的通孔穿过并勾住第(i-1)级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴8-2，实现锁定；展开锁紧机构9工作原理：该机构为自由度可变(即变胞结构)的定轴转动机构，展开锁紧拨片9-2可在第一扭簧9-3的作用下以第一转轴9-5轴线为中心做定轴转动运动；外部约束的不同可使展开锁紧拨片9-2处于不同位置，进而实现其功能。

收拢锁紧机构10包括第二安装座10-1、收拢锁紧拨片10-2、第二扭簧10-3、第二转轴10-5；收拢锁紧拨片10-2为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，收拢锁紧拨片10-2弯折处的凹面一侧通过第二转轴10-5和第二扭簧10-3安装在第二安装座10-1上；第2～(N-1)级伸缩臂远离电机端端部内壁处设置收拢锁紧机构10，伸展臂的另外两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个收拢锁紧机构10，收拢锁紧拨片10-2的长边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部；收拢锁紧机构10通过第二安装座10-1固定在所安装的伸缩臂上；

如图8a、8b所示，在伸展臂处于展开状态时，第(i-1)级伸缩臂外壁上滚动轴承支撑轴8-2压紧收拢锁紧拨片10-2的短边，第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴8-3压紧收拢锁紧拨片10-2的长边，两不同支撑轴同时对收拢锁紧拨片10-2产生压力，此状态下该机构自由度为0，不可转动；同时，根据几何约束的相互作用，此状态下收拢锁紧拨片10-2在第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴8-3作用下产生约束，限制第i级伸缩臂的平动。

收拢过程中，当第(i-1)级伸缩臂在驱动电机1和传动丝杠2共同作用下平动时，其第(i-1)级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴8-2随动并脱离收拢锁紧拨片10-2，收拢锁紧拨片10-2沿转动方向无约束，收拢锁紧机构10自由度变为1，在第二扭簧10-5作用下，收拢锁紧拨片10-2做定轴转动，收拢锁紧机构10解锁，第i级伸缩臂和第(i-1)级伸缩臂之间沿传动丝杠2轴线方向无相对限位约束，第i级伸缩臂沿传动丝杠2轴线向驱动电机1方向靠拢平动，完成收拢。

收拢锁紧机构10工作原理：该机构为自由度可变(即变胞结构)的定轴转动机构，收拢锁紧拨片10-2可在第二扭簧10-3的作用下以第二转轴10-5轴线为中心做定轴转动运动；外部约束的不同可使收拢锁紧拨片10-2处于不同位置，进而实现其功能。其中多级伸缩臂从第N级～第1级内孔径依次递减，口径递减幅度由强度、刚度、重量、包络尺寸等系列约束决定；

可往复伸缩展开机构可以通过控制电机正、反转，同时借助丝杠螺旋传动，实现该机构自动展开和收拢过程；通过合理设计传动丝杠中螺纹和光杆长度、展开锁紧机构、并控制传动丝杠与不同伸缩臂中丝母在展开过程中的位置配合关系实现分级展开、收拢；展开锁紧机构、收拢锁紧机构的合理设计布置可实现展开、收拢过程分级、有序；

可往复伸缩展开机构以滚动轴承作为媒介，将不同口径伸缩臂进行了隔离，保证不同伸缩臂之间无之间接触，通过滚动轴承传递摩擦力实现相对运动；考虑到强度、刚度、重量、加工困难程度等因素，所有伸缩臂均为碳纤维杆。

展开过程：电机通电，此时传动丝杠2中螺纹部分与第1级伸缩臂4中丝母3形成螺旋副、传动丝杠2光杆部分被包容于第2～N级伸缩臂的丝母3中，如图6所示，但无直接接触，即第2～N级伸缩臂不参与螺旋传动过程。驱动电机1驱动传动丝杠2做回旋运动，驱动第1级伸缩臂4做直线运动，直至第3级伸缩臂6和第2级伸缩臂5之间的展开锁紧机构9锁定第1级伸缩臂4中的滚动轴承支撑轴8，第1级伸缩臂4展开到位，后续第1级伸缩臂4将与第2级伸缩臂5作为一体进行整体运动。驱动电机1继续驱动第2级伸缩臂做直线运动直至第4级伸缩臂和第3级伸缩臂之间的展开锁紧机构9锁定第2级伸缩臂中的滚动轴承支撑轴8，第2级伸缩臂展开到位；以此类推，第3～(N-1)级伸缩臂均以这种方式展开到位。第N级伸缩臂与前(N-1)级伸缩臂展开到位略有不同，其展开过程中传动丝杠2始终未脱离其丝母3，待第N级伸缩臂的靠近电机端的端部与基座上滚动轴承产生接触时，基座将约束其继续展开，即展开到位，此时传动丝杠2与第N级伸缩臂的丝母3形成的螺旋副起到阻碍其回退的作用，所有伸缩臂展开完成，微动开关(如果有)动作，电机断电，至此，展开过程结束。

收拢过程：收拢过程为展开逆过程(即展开为第1级～第N级依次展开，收拢过程为第N级～第1级依次收拢)。驱动电机1通电反转(相对展开时电机转向而言)，第1～(N-1)级伸缩臂作为一个整体在传动丝杠2作用下向第N级伸缩臂中收拢，待第(N-1)级伸缩臂中近电机端端部与基座接触时，基座对其产生约束阻碍其继续收拢，第(N-1)级伸缩臂收拢到位。于此同时，第(N-2)级伸缩臂中丝母3旋入传动丝杠2螺纹部分形成螺旋副，在驱动电机1带动传动丝杠2作用下第(N-2)级伸缩臂开始作直线运动向靠拢驱动电机1方向收拢回退，待回退一定距离后，第(N-2)级伸缩臂中滚动轴承支撑轴对收拢锁紧机构10(位于第(N-1)级和第(N-2)级伸缩臂之间)的约束解除，收拢锁紧机构10解锁，第(N-1)级和第(N-2)级伸缩臂之间无直接约束，第(N-2)级伸缩臂继续回退，待第(N-2)级伸缩臂中近电机端端部与第(N-1)级伸缩臂端部接触时，第(N-1)级伸缩臂对其产生约束阻碍其继续收拢，第(N-2)级伸缩臂收拢到位。以此类推，第(N-3)级～第1级伸缩臂4均以这种方式收拢到位。待第1级伸缩臂4收拢完成后，微动开关动作(如果有)动作，电机断电，至此，收拢过程结束。

从运动过程描述可知，收拢、展开过程为全程自动控制，无需人为参与，在展开过程中展开锁紧机构的合理设计布置保证了展开过程为逐级、顺序、可靠展开；收拢过程中展开锁紧机构的合理设计布置保证了收拢过程为逐级、顺序、可靠收拢。收、展过程均为电机驱动，驱动力矩余量足，展开过程平顺可控，有效避免了展开冲击。该收展过程可自动重复，且可中途逆转，如在展开未到位前可随时通过反转电机实现收拢，反之亦然。

该可往复伸缩展机构功能是在有效载荷发射阶段处于收拢状态，卫星进入轨道后，可根据指令要求实现往复伸、缩功能，从根本上克服了目前空间可展结构无法在轨收拢的弊端。

该机构展开后结构呈现为阶梯轴，可根据应用需求对伸缩臂口径、壁厚进行优化，进而使得结构强度、刚度适应指标要求；入轨并收到展开指令后，在电机驱动同时配合展开锁紧机构的共同作用下逐级展开至设计状态并锁紧，实现结构保型，同时保证刚度。在有需要的情况下可通过电机反转同时配合收拢锁紧机构实现逐级收拢并锁紧。该机构可根据需求实现在轨往复伸、缩功能，从根本上克服了目前空间可展结构无法在轨自动收拢的弊端，可为在轨结构构型重构(可通过控制电机实现完全展开(收拢)或不完全展开(收拢))、太空垃圾回收等提供解决思路；

本发明的机构运动轨迹唯一可控、锁定可靠、逐级伸、展可控，且伸、展过程自动、可重复；通过电机驱动有效规避了无源驱动展开冲击大这一弊端、展开刚度及强度可根据需求进行适应性优化设计、收纳比高；可广泛应用于空间大型乃至超大型可展结构，具有广泛应用前景。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：包括驱动电机（1）、传动丝杠（2）、N个丝母（3）、N级伸缩臂、若干展开锁紧机构（9）、若干收拢锁紧机构（10）、若干滚动轴承（7）；N≥2；

驱动电机（1）通过转轴与传动丝杠（2）一端连接，丝母（3）分别安装在每级伸缩臂的靠近电机的一端；第1级伸缩臂靠近电机端的外壁处设置滚动轴承（7），第2级~第N-1级伸缩臂靠近电机端的外壁处安装滚动轴承（7），远离电机端的内壁处安装滚动轴承（7）；第N级伸缩臂远离电机端的内壁处设置滚动轴承（7），各级伸缩臂通过滚动轴承（7）相互连接；

第2级~第（N-1）级伸缩臂远离电机端端部的外壁上设置展开锁紧机构（9），第2~第（N-1）级伸缩臂远离电机端端部内壁处设置收拢锁紧机构（10）；

展开过程中，驱动电机（1）的驱动传动丝杠（2），各级伸缩臂在传动丝杠（2）及各丝母（3）的配合下，从第1级伸缩臂（4）开始至第N级伸缩臂依次展开，并通过各级间的展开锁紧机构（9）实现锁定；当各级伸缩臂处于展开状态时，级间的滚动轴承（7）对收拢锁紧机构（10）施加约束，限制伸缩臂的运动；

收拢过程中，驱动电机（1）的驱动传动丝杠（2），各级伸缩臂在传动丝杠（2）及各丝母（3）的配合下，各级间的收拢锁紧机构（10）解除锁定，从第（N-1）级伸缩臂开始，第（N-1）级伸缩臂收拢至第N级伸缩臂中，第（N-2）级伸缩臂收拢至第（N-1）级伸缩臂中，……，第1级伸缩臂收拢至第2级伸缩臂中；

展开锁紧机构（9）包括第一安装座（9-1）、展开锁紧拨片（9-2）、第一扭簧（9-3）、第一转轴（9-5）；展开锁紧拨片（9-2）为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，展开锁紧拨片（9-2）弯折处的凸起一侧通过第一转轴（9-5）和第一扭簧（9-3）安装在第一安装座（9-1）上；展开锁紧机构（9）通过第一安装座（9-1）与所安装的伸展臂固定，伸展臂的外壁上设置与展开锁紧拨片（9-2）的长边端部位置对应的通孔，展开锁紧拨片（9-2）的短边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部。

2.根据权利要求1所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：收拢锁紧机构（10）包括第二安装座（10-1）、收拢锁紧拨片（10-2）、第二扭簧（10-3）、第二转轴（10-5）；收拢锁紧拨片（10-2）为弯折的长条形板，长边和短边之间呈钝角，长边一侧的端部设置弯钩，收拢锁紧拨片（10-2）弯折处的凹面一侧通过第二转轴（10-5）和第二扭簧（10-3）安装在第二安装座（10-1）上；收拢锁紧机构（10）通过第二安装座（10-1）固定在所安装的伸缩臂的内壁，收拢锁紧拨片（10-2）的长边一侧靠近所安装的伸缩臂的端部。

3.根据权利要求2所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：第2级~第N-1级伸展臂中，每个伸展臂的两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个展开锁紧机构（9），另外两个相互平行的侧壁上分别对称安装一个收拢锁紧机构（10）。

4.根据权利要求3所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：在各级伸展臂处于收拢状态时，安装在第i级伸缩臂上的展开锁紧机构（9）的短边一侧被第（i+1）级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴（8-1）压紧，此时展开锁紧机构（9）的长边一侧翘起，解除对伸缩臂的锁定；展开过程中，当第i级伸缩臂在驱动电机（1）和传动丝杠（2）共同作用下平动时，第（i+1）级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴（8-1）沿展开锁紧拨片（9-2）的表面滑动，释放锁紧拨片（9-2）的短边，展开锁紧拨片（9-2）的长边在第一扭簧（9-3）的作用下运动，展开锁紧拨片（9-2）的长边端部的弯钩从伸缩臂外壁上的通孔穿过并勾住第（i-1）级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴（8-2），实现锁定。

5.根据权利要求4所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：在各级伸展臂处于展开状态时，第（i-1）级伸缩臂外壁上滚动轴承支撑轴（8-2）压紧收拢锁紧拨片（10-2）的短边，第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴（8-3）压紧收拢锁紧拨片（10-2）的长边，收拢锁紧拨片（10-2）在第i级伸缩臂内壁上的滚动轴承支撑轴（8-3）作用下产生约束，限制第i级伸缩臂的平动；

收拢过程中，当第（i-1）级伸缩臂在驱动电机（1）和传动丝杠（2）共同作用下平动时，第（i-1）级伸缩臂外壁上的滚动轴承支撑轴（8-2）随动并脱离收拢锁紧拨片（10-2），收拢锁紧拨片（10-2）沿转动方向无约束，在第二扭簧（10-5）作用下，收拢锁紧拨片（10-2）做定轴转动，收拢锁紧机构（10）解锁，第i级伸缩臂和第(i-1)级伸缩臂之间沿传动丝杠（2）轴线方向无相对限位约束，第i级伸缩臂沿传动丝杠（2）轴线向驱动电机（1）方向靠拢平动，完成收拢。

6.根据权利要求5所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：展开过程如下：驱动电机（1）通电，传动丝杠（2）中螺纹部分与第1级伸缩臂中丝母（3）形成螺旋副、传动丝杠（2）光杆部分被包容于第2~N级伸缩臂的丝母（3）中；驱动电机（1）驱动传动丝杠（2）做回旋运动，驱动第1级伸缩臂做直线运动直至第3级伸缩臂和第2级伸缩臂之间的展开锁紧机构（9）锁定第1级伸缩臂中的滚动轴承支撑轴（8），第1级伸缩臂展开到位，后续第1级伸缩臂与第2级伸缩臂作为一体进行整体运动；驱动电机（1）继续驱动第2级伸缩臂做直线运动直至第4级伸缩臂和第3级伸缩臂之间的展开锁紧机构（9）锁定第2级伸缩臂中的滚动轴承支撑轴（8），第2级伸缩臂展开到位；以此类推，第3~（N-1）级伸缩臂依次展开到位；第N级伸缩臂在展开过程中传动丝杠（2）未脱离第N级伸缩臂的丝母（3），待第N级伸缩臂的靠近电机端的端部与基座上滚动轴承（7）产生接触时，基座约束第N级伸缩臂继续运动，第N级伸缩臂展开到位。

7.根据权利要求6所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于，收拢过程如下：驱动电机（1）通电反转，第1~（N-1）级伸缩臂作为一个整体在传动丝杠（2）作用下向第N级伸缩臂中收拢，待第（N-1）级伸缩臂中近电机端端部与基座接触时，基座对第（N-1）级伸缩臂产生约束阻碍其继续收拢，第（N-1）级伸缩臂收拢到位；此时，第（N-2）级伸缩臂中丝母（3）旋入传动丝杠（2）螺纹部分形成螺旋副，在驱动电机（1）带动传动丝杠（2）作用下第（N-2）级伸缩臂开始作直线运动向靠拢驱动电机（1）方向收拢回退，第（N-2）级伸缩臂中滚动轴承支撑轴（8）对位于第(N-1)级和第(N-2)级伸缩臂之间的收拢锁紧机构（10）的约束解除，收拢锁紧机构（10）解锁，第(N -1)级和第(N-2)级伸缩臂之间无直接约束，第（N-2）级伸缩臂继续回退，待第（N-2）级伸缩臂中近电机端端部与第（N-1）级伸缩臂端部接触时，第（N-1）级伸缩臂对第（N-2）级伸缩臂产生约束阻碍第（N-2）级伸缩臂继续收拢，第（N-2）级伸缩臂收拢到位；以此类推，第（N-3）级~第1级伸缩臂依次收拢到位。

8.根据权利要求7所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：各级伸缩臂均为长方形杆。

9.根据权利要求8所述的一种可往复伸缩展开机构，其特征在于：各级伸缩臂的材料均为碳纤维。

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