CN114368495A - 一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节 - Google Patents

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王刚
李森
马剑
徐升
陈雪旗
卢妍
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Abstract

本发明公开了一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，包括第一连接件、第一旋转关节件和第二旋转关节件，第一旋转关节件与第二旋转关节件垂直正交设置，第一旋转关节件和第二旋转关节件均包括内部定子与外部旋转外壳，内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，第一旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，其外部旋转外壳用于与第一卫星固定连接；第二旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，当相邻两个重构卫星之间需要扭转或弯曲变构时，转动第一旋转关节件和/或第二旋转关节件的外部旋转外壳即可实现，具有结构简单，可灵活调整卫星发射构型的优点。

Description

一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节
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自由度一体化关节。
背景技术
随着微小卫星及其技术的蓬勃发展，结构固定的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具有在轨变结构的自重构卫星。自重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。自重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，自重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。
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自由度一体化关节，用以实现相邻两个重构卫星之间的扭转和弯曲变构。
本发明的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，包括第一连接件、第一旋转关节件和第二旋转关节件，所述第一旋转关节件与第二旋转关节件垂直正交设置，所述第一旋转关节件和第二旋转关节件均包括内部定子与外部旋转外壳，所述内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，所述第一旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，其外部旋转外壳用于与第一卫星固定连接；所述第二旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，其外部旋转外壳用于与第二卫星固定连接。
进一步地，所述第一连接件为传动法兰盘，且与第一旋转关节件在同一轴线上相邻设置。
进一步地，所述第一连接件的右端面与第一旋转关节件的内部定子固定连接，其一侧面与第二旋转关节件的内部定子固定连接。
进一步地，所述第一旋转关节件的外部旋转外壳的右端面为法兰面，用于与第一卫星固定连接。
进一步地，所述用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节还包括与第一旋转关节件的外部旋转外壳连接的第一驱动装置。
进一步地，所述用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节还包括设置于第一连接件与第一旋转关节件之间的第二连接件，所述第二连接件的一端与第一连接件固定连接，其另一端与第一旋转关节件的内部定子固定连接。
进一步地，所述第二连接件为传动法兰盘，所述第一连接件、第二连接件与第一旋转关节件在同一轴线上从左至右依次设置。
进一步地，所述第二旋转关节件通过其外部旋转外壳的左侧面与第二卫星固定连接。
进一步地，所述第二旋转关节件的外部旋转外壳的左侧面为法兰面。
进一步地，所述用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节还包括与第二旋转关节件的外部旋转外壳连接的第二驱动装置。
本发明的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，包括第一连接件、第一旋转关节件和第二旋转关节件，所述第一旋转关节件与第二旋转关节件垂直正交设置，所述第一旋转关节件和第二旋转关节件均包括内部定子与外部旋转外壳，所述内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，所述第一旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，其外部旋转外壳用于与第一卫星固定连接；所述第二旋转关节件的内部定子与第一连接件固定连接，其外部旋转外壳用于与第二卫星固定连接。本发明当第一旋转关节件发生转动时，第一旋转关节件的外部旋转外壳将带动第一卫星绕第一旋转关节件的轴线旋转，第一卫星和第二卫星的相对姿态发生变化，即产生扭转；当第二旋转关节件发生转动时，第二旋转关节件的外部旋转外壳将带动第二卫星绕第二旋转关节件的轴线旋转，第一卫星和第二卫星的相对姿态发生变化，即产生弯曲。上述设置既能保证多卫星之间可靠连接，又能成功实现变构任务，具有结构简单，可灵活调整卫星发射构型的优点。
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是本发明一实施例的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节的结构示意图；
图2是本发明一实施例的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节应用于相邻两个卫星时的结构示意图。
附图标记说明：
第一连接件-101 第二连接件-102
第一旋转关节件-103 第二旋转关节件-104
第一卫星-201 第二卫星-202。
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”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所示是本发明一实施例的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节的结构示意图。该实施例的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节包括第一连接件101、第一旋转关节件103和第二旋转关节件104，第一旋转关节件103与第二旋转关节件104垂直正交设置，第一旋转关节件103和第二旋转关节件104均包括内部定子与外部旋转外壳，内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，第一旋转关节件103的内部定子与第一连接件101固定连接，其外部旋转外壳用于与第一卫星201固定连接；第二旋转关节件104的内部定子与第一连接件101固定连接，其外部旋转外壳用于与第二卫星202固定连接。通过上述设置，本发明包含两个垂直正交设置的旋转关节件（即第一旋转关节件103和第二旋转关节件104），具有两个自由度，且每个旋转关节件均包括内部定子与外部旋转外壳，内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，外部旋转外壳用于与卫星连接，当相邻两个重构卫星之间需要扭转或弯曲变构时，转动第一旋转关节件103和/或第二旋转关节件104的外部旋转外壳即可实现，具有结构简单，可灵活调整卫星发射构型的优点。
同时，如图2所示，在进一步地技术方案中，第一连接件101与第一旋转关节件103之间设置有第二连接件102，第二连接件102的一端与第一连接件101固定连接，其另一端与第一旋转关节件103的内部定子固定连接。
优选地，第一连接件101和第二连接件102均为传动法兰盘，第一连接件101、第二连接件102与第一旋转关节件103在同一轴线上从左至右依次设置，第一连接件101的右端面与第一旋转关节件103的内部定子固定连接，其前侧面与第二旋转关节件104的内部定子固定连接，第二旋转关节件104通过其外部旋转外壳的左侧面与第二卫星202固定连接。需要说明的是，第一连接件101和第二连接件102并不仅限于传动法兰盘，其他可实现连接关系的部件，也在本发明的保护范围之中。
此外，值得提及的是，第一旋转关节件103的外部旋转外壳的右端面为法兰面，用于与第一卫星201固定连接，第二旋转关节件104通过其外部旋转外壳的左侧面与第二卫星202固定连接，第二旋转关节件104的外部旋转外壳的左侧面为法兰面。通过该设置可以更好地实现本发明与相邻卫星之间的连接。
本发明中为实现外部旋转外壳的转动，第一旋转关节件103的外部旋转外壳连接第一驱动装置，第二旋转关节件104的外部旋转外壳连接第二驱动装置，通过第一驱动装置和第二驱动装置分别驱动第一旋转关节件103的外部旋转外壳和第二旋转关节件104的外部旋转外壳转动。需要说明的是上述第一驱动装置和/或第二驱动装置可以具有多种可能结构，如包括马达、电动机。
图2是本发明一实施例的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节应用于相邻两个卫星时的结构示意图。为更好地阐述本发明的工作原理，鉴于第一旋转关节件103与第二旋转关节件104垂直正交设置，特设定第一旋转关节件103的轴线为Y轴，第二旋转关节件104的轴线为X轴，并建立如图2所示的右手笛卡尔坐标系。当第一旋转关节件103发生转动时（具体是第一旋转关节件103的外部旋转外壳转动），假设其内部定子相对于坐标系固定，则第一连接件101、第二连接件102、第二旋转关节件104和第二卫星202均相对于坐标系固定，第一旋转关节件103的外部旋转外壳将带动第一卫星201绕Y轴旋转，第一卫星201和第二卫星202的相对姿态发生变化，即产生绕Y轴的扭转；当第二旋转关节件104发生转动时（具体是第二旋转关节件104的外部旋转外壳转动），假设其定子相对于坐标系固定，则第一连接件101、第二连接件102、第一旋转关节件103和第一卫星201均相对于坐标系固定，第二旋转关节件104的外部旋转外壳将带动第二卫星202绕X轴旋转，第一卫星201和第二卫星202的相对姿态发生变化，即产生绕X轴的弯曲。
总之，本发明一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，通过垂直正交设置的第一旋转关节件103与第二旋转关节件104，既能保证多卫星之间可靠连接，又能成功实现变构任务。
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 (10)

1.一种用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，其特征在于，包括第一连接件（101）、第一旋转关节件（103）和第二旋转关节件（104），所述第一旋转关节件（103）与第二旋转关节件（104）垂直正交设置，所述第一旋转关节件（103）和第二旋转关节件（104）均包括内部定子与外部旋转外壳，所述内部定子设置于外部旋转外壳内，且与外部旋转外壳相对转动，所述第一旋转关节件（103）的内部定子与第一连接件（101）固定连接，其外部旋转外壳用于与第一卫星（201）固定连接；所述第二旋转关节件（104）的内部定子与第一连接件（101）固定连接，其外部旋转外壳用于与第二卫星（202）固定连接。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第一连接件（101）为传动法兰盘，且与第一旋转关节件（103）在同一轴线上相邻设置。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第一连接件（101）的右端面与第一旋转关节件（103）的内部定子固定连接，其一侧面与第二旋转关节件（104）的内部定子固定连接。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第一旋转关节件（103）的外部旋转外壳的右端面为法兰面，用于与第一卫星（201）固定连接。
5.根据权利要求1所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，其特征在于，还包括与第一旋转关节件（103）的外部旋转外壳连接的第一驱动装置。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，其特征在于，还包括设置于第一连接件（101）与第一旋转关节件（103）之间的第二连接件（102），所述第二连接件（102）的一端与第一连接件（101）固定连接，其另一端与第一旋转关节件（103）的内部定子固定连接。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第二连接件（102）为传动法兰盘，所述第一连接件（101）、第二连接件（102）与第一旋转关节件（103）在同一轴线上从左至右依次设置。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第二旋转关节件（104）通过其外部旋转外壳的左侧面与第二卫星（202）固定连接。
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自由度一体化关节，其特征在于，所述第二旋转关节件（104）的外部旋转外壳的左侧面为法兰面。
10.根据权利要求6所述的用于多体卫星扭转弯曲变构的二自由度一体化关节，其特征在于，还包括与第二旋转关节件（104）的外部旋转外壳连接的第二驱动装置。
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