CN114313310B - 一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，包括第一安装架、第二安装架、连接架、第一驱动部和第二驱动部，第一安装架和第二安装架有间隔地设置，连接架设置于第一安装架和第二安装架之间，第一安装架与连接架的一端可转动地连接，第二安装架与连接架的另一端可转动地连接，第一驱动部驱动第一安装架绕连接架转动，第二驱动部驱动第二安装架绕连接架转动，第一安装架转动形成的第一转动平面与第二安装架转动形成的第二转动平面相互垂直。由于第一安装架和第二安装架分别连接不同的卫星，确保了两个卫星可以在不同的平面实现转动，扩大了卫星间的相对运动轨迹。

Description

一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节

技术领域

本发明主要涉及航天器技术领域，具体地说，涉及一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节。

背景技术

随着微小卫星及其技术的蓬勃发展，单卫星已经难以满足各国对其提出的多任务执行能力、较强的环境适应性及抗风险等要求，因此人们将目光转向多体可变构卫星的研究。多体可变构卫星由数量不等的结构相同的卫星模块组成，可以在没有外力干预的情况下自主实现卫星构型的变化且无需增减卫星的任何部件。多体可变构卫星可根据不同任务需求，将原有构型的多个功能卫星模块重组成适应新任务的最佳构型；在局部卫星模块出现故障的情况下，可通过在轨重构完成备用模块与故障模块之间的替换，具有自修复功能；还可根据发射条件将自重构卫星调整到最佳的发射构型，进入轨道后通过在轨重组恢复到运行及工作形态。由于具有以上突出优势，多体可变构卫星作为新型卫星概念，得到近年来各国密切关注及发展。因此，如何实现各卫星拓扑模块间的相对运动是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，可实现多体可变构卫星的扭转和弯曲。

本发明的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，包括第一安装架、第二安装架、连接架、第一驱动部和第二驱动部，所述第一安装架和第二安装架有间隔地设置，所述连接架设置于第一安装架和第二安装架之间，所述第一安装架与连接架的一端可转动地连接，所述第二安装架与连接架的另一端可转动地连接，所述第一驱动部驱动第一安装架绕连接架转动，所述第二驱动部驱动第二安装架绕连接架转动，所述第一安装架转动形成的第一转动平面与第二安装架转动形成的第二转动平面相互垂直。

进一步地，所述第一驱动部包括第一电机、第一直齿轮和第二直齿轮，所述第一电机固定于连接架上，且所述第一电机的输出轴与第一直齿轮固定连接，所述第二直齿轮固定于第一安装架上，所述第一直齿轮与第二直齿轮位于同一平面且传动啮合。

进一步地，所述第一安装架上还固定设置有第一转动轴，所述第二直齿轮固定套设于所述第一转动轴上，所述第一转动轴的两端均与连接架可转动地连接，所述第一安装架通过第一转动轴与连接架可转动地连接。

进一步地，所述第一安装架靠近第二安装架的侧面固定设置有两个耳座，所述第一转动轴穿过两个所述耳座，且与两个所述耳座固定连接。

进一步地，所述第二驱动部包括第二电机、第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第二电机固定于连接架上，且所述第二电机的输出轴与第二锥齿轮固定连接，所述第一锥齿轮固定于第二安装架上，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮垂直设置且传动啮合。

进一步地，所述第二安装架靠近第一安装架的侧面固定设置有第二转动轴，所述第二转动轴穿过所述连接架设置，且与所述连接架可转动地连接，所述第一锥齿轮固定套设于第二转动轴上。

进一步地，所述第一转动轴与第二转动轴相互垂直。

进一步地，所述连接架为半框型结构，所述半框型结构的开口朝向第一安装架设置。

进一步地，所述第一电机和第二电机分别设置于所述半框型结构内的前后两端。

进一步地，所述第一转动轴与连接架形成全框型结构。

本发明的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，包括第一安装架、第二安装架、连接架、第一驱动部和第二驱动部，所述第一安装架和第二安装架有间隔地设置，所述连接架设置于第一安装架和第二安装架之间，所述第一安装架与连接架的一端可转动地连接，所述第二安装架与连接架的另一端可转动地连接，所述第一驱动部驱动第一安装架绕连接架转动，所述第二驱动部驱动第二安装架绕连接架转动，所述第一安装架转动形成的第一转动平面与第二安装架转动形成的第二转动平面相互垂直。本发明中第一驱动部驱动第一安装架绕连接架转动，第一安装架用于连接一卫星，第二驱动部驱动第二安装架绕连接架转动，第二安装架用于连接另一卫星，且第一安装架转动形成的第一转动平面与第二安装架转动形成的第二转动平面相互垂直。因此，第一安装架与连接架可等同组成弯曲机构，第二安装架与连接架可等同组成扭转机构，通过弯曲机构和扭转机构分别实现第一安装架和第二安装架在不同平面旋转，进而实现各卫星之间间的相对运动。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节的结构示意图；

图2是本发明一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节应用于卫星时的结构示意图。

附图标记说明：

第一载荷-101 卫星-102

第二载荷-103 第一安装架-201

第一直齿轮-202 第二直齿轮-203

第一电机-204 第一锥齿轮-205

第二锥齿轮-206 第二电机-207

连接架-208 第二安装架-209

第一转动轴-210 耳座-211

第二转动轴-212。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明中，使用的方位如“左”、“右”、“前”、“后”等均以图1所示的视图为基准。术语“第一”、“第二”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。

图1是本发明一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节的结构示意图。该实施例的一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，包括第一安装架201、第二安装架209、连接架208、第一驱动部和第二驱动部，第一安装架201和第二安装架209有间隔地设置，具体地，参见图1，第一安装架201位于左侧，第二安装架209位于右侧，连接架208设置于第一安装架201和第二安装架209之间，第一安装架201与连接架208的左端可转动地连接，第二安装架209与连接架208的右端可转动地连接，第一驱动部驱动第一安装架201绕连接架208转动，第二驱动部驱动第二安装架209绕连接架208转动，第一安装架201转动形成的第一转动平面与第二安装架209转动形成的第二转动平面相互垂直。为更好地描述本发明，建立了三维坐标系o-xyz，从图1中可知，第一转动平面即xoz平面，第二转动平面即yoz平面。通过上述设置，由于第一安装架201和第二安装架209分别连接不同的卫星，当第一驱动部驱动第一安装架201绕连接架208转动时形成第一转动平面，当第二驱动部驱动第二安装架209绕连接架208转动时形成第二转动平面，两个转动平面相互垂直，确保了两个卫星可以在不同的平面实现转动，进而扩大各卫星间的相对运动轨迹。就图1中实施例而言，可将第一安装架201与连接架208等同组成弯曲机构，第二安装架209与连接架208等同组成扭转机构，通过弯曲机构和扭转机构分别实现第一安装架201和第二安装架209在不同平面旋转，进而实现各卫星之间间的相对运动。

作为本发明的优选实施例，第一驱动部包括第一电机204、第一直齿轮202和第二直齿轮203，第一电机204固定于连接架208上，且第一电机204的输出轴与第一直齿轮202固定连接，第二直齿轮203固定于第一安装架201上，第一直齿轮202与第二直齿轮203位于同一平面且传动啮合；第二驱动部包括第二电机207、第一锥齿轮205和第二锥齿轮206，第二电机207固定于连接架208上，且第二电机207的输出轴与第二锥齿轮206固定连接，第一锥齿轮205固定于第二安装架209上，第一锥齿轮205与第二锥齿轮206垂直设置且传动啮合。需要说明的是，在其他实施例中第一电机204和第二电机207可以用液压马达代替。

为了便于第一安装架201与第二直齿轮203之间的连接，优选地，第一安装架201上还固定设置有第一转动轴210，第二直齿轮203固定套设于第一转动轴210上，第一转动轴210的两端均与连接架208可转动地连接，第一安装架201通过第一转动轴210与连接架208可转动地连接。需要说明的是，第一安装架201的右侧面还固定设置有两个耳座211，第一转动轴210穿过两个该耳座211，且与两个该耳座211固定连接，以保证第一转动轴210转动时带动第一安装架201绕连接架208转动。该耳座211与第一安装架201之间可分体或一体形成。应当清楚的是，第一转动轴210与第一安装架201不限于耳座211连接，还可是其他连接装置，如。

同时，第二安装架209的左侧面固定设置有第二转动轴212，第二转动轴212穿过连接架208设置，且与连接架208可转动地连接，第一锥齿轮205固定套设于第二转动轴212上，优选地，第一转动轴210与第二转动轴212相互垂直，参见图2，第一转动轴210沿第一安装架201的长度方向设置（即沿前后方向设置），第二转动轴212沿第二安装架209的宽度方向设置（即沿左右方向设置），通过上述设置可以更好地实现第一安装架201的弯曲运动（第一安装架201绕连接架208转动时形成第一转动平面），和第二安装架209的扭转运动（第二安装架209绕连接架208转动时形成第二转动平面）。

在图1所示的实施例中，连接架208优选为半框型结构，该半框型结构的开口朝向第一安装架201设置，第一电机204和第二电机207分别设置于该半框型结构内的前后两端，第一转动轴210与连接架208形成全框型结构。应当清楚，连接架208并不仅限于半框型结构，也可为U型框，当然还可以有其他更多可能，均可以实现本发明的技术效果。

图2为本发明一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节应用于卫星时的结构示意图。第一安装架201与第一载荷101固定连接，第二安装架209与第二载荷103固定连接，第一载荷101和第二载荷103上均固定有卫星102（图2中第一载荷101上的卫星102省略），当卫星102需要变换位姿时，第一电机204驱动第一直齿轮202转动，第一直齿轮202带动第二直齿轮203转动，第二直齿轮203带动第一转动轴210，进而带动第一安装架201绕连接架208转动，该过程为实现第一载荷101上卫星102的弯曲运动；且第二电机207驱动第一锥齿轮205转动，第一锥齿轮205带动第二锥齿轮206转动，第二锥齿轮206带动第二转动轴212，进而带动第二安装架209绕连接架208转动，该过程为实现第二载荷103上卫星102的扭转运动，通过第一载荷101上卫星102的弯曲运动和第二载荷103上卫星102的扭转运动可以很好地实现卫星102间的相对运动，改变卫星102间的相对位姿，具有结构简单，应用广泛的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，包括第一安装架（201）、第二安装架（209）、连接架（208）、第一驱动部和第二驱动部，所述第一安装架（201）和第二安装架（209）有间隔地设置，所述连接架（208）设置于第一安装架（201）和第二安装架（209）之间，所述第一安装架（201）与连接架（208）的一端可转动地连接，所述第二安装架（209）与连接架（208）的另一端可转动地连接，所述第一驱动部驱动第一安装架（201）绕连接架（208）转动，所述第二驱动部驱动第二安装架（209）绕连接架（208）转动，所述第一安装架（201）转动形成的第一转动平面与第二安装架（209）转动形成的第二转动平面相互垂直；所述第一驱动部包括第一电机（204）、第一直齿轮（202）和第二直齿轮（203），所述第一电机（204）固定于连接架（208）上，且所述第一电机（204）的输出轴与第一直齿轮（202）固定连接，所述第二直齿轮（203）固定于第一安装架（201）上，所述第一直齿轮（202）与第二直齿轮（203）位于同一平面且传动啮合。

2.根据权利要求1所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第一安装架（201）上还固定设置有第一转动轴（210），所述第二直齿轮（203）固定套设于所述第一转动轴（210）上，所述第一转动轴（210）的两端均与连接架（208）可转动地连接，所述第一安装架（201）通过第一转动轴（210）与连接架（208）可转动地连接。

3.根据权利要求2所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第一安装架（201）靠近第二安装架（209）的侧面固定设置有两个耳座（211），所述第一转动轴（210）穿过两个所述耳座（211），且与两个所述耳座（211）固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第二驱动部包括第二电机（207）、第一锥齿轮（205）和第二锥齿轮（206），所述第二电机（207）固定于连接架（208）上，且所述第二电机（207）的输出轴与第二锥齿轮（206）固定连接，所述第一锥齿轮（205）固定于第二安装架（209）上，所述第一锥齿轮（205）与第二锥齿轮（206）垂直设置且传动啮合。

5.根据权利要求4所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第二安装架（209）靠近第一安装架（201）的侧面固定设置有第二转动轴（212），所述第二转动轴（212）穿过所述连接架（208）设置，且与所述连接架（208）可转动地连接，所述第一锥齿轮（205）固定套设于第二转动轴（212）上。

6.根据权利要求5所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第一转动轴（210）与第二转动轴（212）相互垂直。

7.根据权利要求6所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述连接架（208）为半框型结构，所述半框型结构的开口朝向第一安装架（201）设置。

8.根据权利要求7所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第一电机（204）和第二电机（207）分别设置于所述半框型结构内的前后两端。

9.根据权利要求8所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二轴正交关节，其特征在于，所述第一转动轴（210）与连接架（208）形成全框型结构。

Images