CN114408224B - 一种空间可回收式折叠机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间可回收式折叠机构，包括舱体、M个传动机构组以及P个帆板机构，P=2M。M个传动机构组均匀固定在舱体内，每个传动机构组包括动力装置、一级传动机构与二级传动机构。P个帆板机构均匀分布在舱体外，穿过舱体凹槽与传动机构组相固连，同一个传动机构组中的一级传动机构和二级传动机构分别控制两个相邻的帆板机构开合。所述动力装置第一齿轮与一级传动机构第二齿轮相啮合，一级传动机构锥齿轮与二级传动机构锥齿轮相啮合，通过动力装置中电机输出轴的转动，带动传动机构转动，进而驱动帆板机构进行展开与收拢。本发明采用电机与齿轮减速机构可实现帆板的重复展开，且构件数目少，展开面积大，收拢后占地空间小，可靠性高。

Description

一种空间可回收式折叠机构

技术领域

本发明属于空间可展折叠技术，具体涉及一种空间可回收式折叠机构。

背景技术

随着空间技术和信息化技术的发展，可展开的折叠机构逐渐走入人们的视野，其应用领域亦是十分广泛，特别是在解决空间航天器帆板所占体积的问题上，可展开的帆板折叠机构发挥了重要作用。

中国专利CN200510057097.0公开了一种太阳能电池帆板展开机构，该展开机构中采用了多对展直扭簧机构，帆板展开时主要依靠扭簧弹性件的弹性力作用，可实现多级太阳能帆板的展开，该装置结构简单，但机构展开之后，不能自动回收，不利于展开装置的重复展开，增加了使用成本，导致了诸多不便。中国专利CN202011113974.2公开了一种双自由度对日定向太阳能帆板立方星模块化能量单元，该机构单元可实现太阳能帆板的双自由度运动，且帆板可重复展开，但其为关节驱动，需要多个驱动元件，能耗较高，且采用电机直驱，所需力矩较大，机械结构和控制单元都较为复杂，对控制系统依赖较高，降低了机构在空间展开的稳定性，同时使得太阳能电池帆板的整体重量较重，增加了航天器在轨展开失败的风险。

故针对现有的空间折叠机构技术中存在的结构复杂、无法可回收以进行重复展开等问题，如何设计一种重量轻，结构简单，工作可靠且可重复回收的帆板展开机构就显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间可回收式折叠机构，当在帆板展开状态下，不需要帆板上的功能器件继续工作时，可将帆板机构回收，以缩小整个折叠机构的体积，当需要其工作时，再将其展开。通过该机构，可实现帆板的重复开合，且组成机构的各构件均为常见部件，制作方便，构件数目少，展开面积大，收拢后占地空间小，可靠性高，同时兼具轻量化、展开性能好的特点。

实现本发明的技术解决方案为：一种空间可回收式折叠机构，包括舱体、M个传动机构组以及P个帆板机构，其中，M≥1，P=2M；M个传动机构组均匀固定在舱体内，P个帆板机构均匀分布在舱体外，每个传动机构组控制2个帆板机构开合；每个传动机构组包括动力装置、一级传动机构、二级传动机构；一级传动机构和二级传动机构啮合，动力装置与一级传动机构啮合，动力装置用于提供动力，一级传动机构和二级传动机构均与帆板机构相固连，以提供帆板机构转动力矩。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

（1）本发明通过引入直流伺服电机进行驱动，可实现折叠机构中帆板展开状态下的可回收，即帆板可重复展开与收拢；通过加入圆柱齿轮减速机构，增大了动力装置的输出力矩，提高了帆板机构展开过程中的平稳性。

（2）本发明通过锥齿轮的引入扩大了一级传动机构，实现了通过单台直流伺服电机同时驱动两个帆板机构的开合，进一步简化了结构，增加了机构运行中的稳定性；另外，将整个传动机构及驱动控制系统安置于折叠机构舱体内，一方面，保护了整个驱动控制系统免于破坏，另一方面，也进一步缩小了折叠机构收拢后的体积。

（3）通过采用直流伺服电机驱动、圆柱齿轮的减速以及锥齿轮的啮合传动，实现了机构中帆板的重复开合，且展开面积大，收拢后占地空间小，开合过程平稳，可靠性高，同时兼具结构简单、轻量化及展开性能好的特点。

附图说明

图1为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的完全折叠结构示意图。

图4为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的舱体结构示意图。

图5为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的动力装置结构示意图。

图6为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的二级传动机构结构示意图。

图7为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的一级传动机构结构示意图。

图8为本发明所述的一种空间可回收式折叠机构的帆板机构结构示意图。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。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，如果改特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明地描述中，“多个”地含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应作广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接。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指内。

下面将结合本设计实例对具体实施方式、以及本次发明的技术难点、发明点进行进一步介绍。

为了解决现有的空间展开机构中存在的结构复杂、无法可回收以重复展开等问题，设计了一种空间可回收式折叠机构，通过引入直流伺服电机进行驱动，可实现折叠机构中帆板展开状态下的可回收；通过加入圆柱齿轮减速机构，增大了动力装置的输出力矩，提高了帆板机构展开过程中的平稳性；锥齿轮的引入又扩大了一级传动，实现了通过单台直流伺服电机同时驱动两个帆板机构的开合，进一步简化了结构，增加了机构运行中的稳定性；另外，将整个传动机构及驱动控制系统安置于折叠机构舱体内，一方面，保护了整个驱动控制系统免于破坏，另一方面，也进一步缩小了折叠机构收拢后的体积。所述一种空间可回收式折叠机构可实现机构中帆板的重复开合，且展开面积大，收拢后占地空间小，开合过程平稳，可靠性高，同时兼具结构简单、轻量化及展开性能好的特点。

下面结合附图及实施例对本发明的技术方案进行描述。

如图1~图8所示，本发明所述的一种空间可回收式折叠机构，包括舱体1、M个传动机构组2以及P个帆板机构3，其中，M≥1，P=2M。M个传动机构组2均匀固定在舱体1内，P个帆板机构3均匀分布在舱体1外，每个传动机构组2控制2个帆板机构3开合。

每个传动机构组2包括动力装置4、一级传动机构5、二级传动机构6。一级传动机构5和二级传动机构6啮合，动力装置4与一级传动机构5啮合，动力装置4用于提供动力，一级传动机构5和二级传动机构6均与帆板机构3相固连，以提供帆板机构转动力矩。

所述舱体1为正N边形壳体，无顶盖，N=P，底面加工有螺纹孔，用于固定传动机构组，正N边形壳体的顶角设有倒角，所述舱体1底部的每条边上开有一对凹槽组，每对凹槽组由两个“L”形的凹槽7构成，所述“L”形凹槽7的一条边开在侧壁上，一条边开在底面上。

所述动力装置4包括直流伺服电机8、电机座9、第一齿轮10以及第一齿轮挡圈11。所述电机座9为“L”形，两边设有加强筋，底面设计有四个支耳12，直流伺服电机8通过螺钉固定在电机座9上，直流伺服电机8的输出轴穿过电机座9一侧，第一齿轮10固定在直流伺服电机8的输出转轴上，并通过第一齿轮挡圈11限位，电机座9通过螺钉固定在舱体1内。

如图6所示，所述二级传动机构6包括二级传动阶梯轴13、锥齿轮14和两个轴承座15。二级传动阶梯轴13第一端与一个轴承座15通过轴承转动连接，第二端穿过另一个轴承座15，且两者通过轴承转动连接，第二端端部固定有锥齿轮14，二级传动阶梯轴13上间隔设有两个帆板机构键槽16，且两个帆板机构键槽16位于两个轴承座15之间，帆板机构键槽16与帆板机构3固连；通过两个轴承座15将二级传动机构6整体固定于舱体1内。

所述一级传动机构5在二级传动机构6的基础上增设了第二齿轮17，一级传动机构5的传动轴称为一级传动阶梯轴18，第二齿轮17固定在一级传动阶梯轴18上，且位于两个帆板机构键槽16之间。通过一级传动机构5的轴承座15将一级传动机构5整体固定于舱体1内。

此时，动力装置4中的第一齿轮10与一级传动机构5中的第二齿轮17相啮合，一级传动机构5中的锥齿轮与二级传动机构6中的锥齿轮14相啮合，以传递动力。同一个传动机构组中的一级传动机构5和二级传动机构6分别控制两个相邻的帆板机构3。

如图8所示，所述帆板机构3包括帆板19、两个转动支架20、两个卡箍组件21。所述帆板19为矩形，长边设计有两组螺纹孔，用于固定安装转动支架20，所述帆板19的四个角上设有倒角，正反两面设计规则布置的减重槽；所述转动支架20为“L”形，一端与卡箍组件21连接，另一端与帆板19连接；所述卡箍组件21由卡箍22和卡箍平键23构成，卡箍22两端加工有通孔，中心处为半圆形凹槽，半圆形凹槽中加工有卡箍键槽24；所述帆板机构3通过转动支架20从舱体1外部穿过底边凹槽7与舱体1内的一级传动阶梯轴18或二级传动阶梯轴13固连，以传递动力；其中，所述卡箍平键23安装于卡箍键槽24与帆板机构键槽16之间。

所述折叠机构通过直流伺服电机8驱动，通过第一齿轮与第二齿轮的啮合带动一级传动阶梯轴18转动，进一步，依靠锥齿轮14的啮合带动二级传动阶梯轴13转动，进而带动与阶梯轴固连的帆板机构3发生转动，以实现帆板机构3的收拢与展开。如图3所示，所述帆板机构3收拢后紧贴于舱体1的侧表面，以降低整个折叠机构所占体积，帆板展开后，P个帆板19固定于同一水平面内，以增大其展开面积，所述帆板机构3的转动角度为0-90度。在使用过程中，可根据帆板机构3运转的角度，计算得到第一齿轮10转动的圈数，来控制直流伺服电机8运转与停止的时刻，以保证帆板能够准确运动到位，避免对机构造成破坏；或者，可在凹槽7两端安装限位开关，以保证帆板机构的运动位置。当帆板机构运动到位后，可利用伺服电机内部自带的自锁装置以实现对机构的自锁功能。

Claims (3)

1.一种空间可回收式折叠机构，其特征在于：包括舱体（1）、M个传动机构组（2）以及P个帆板机构（3），其中，M≥1，P=2M；M个传动机构组（2）均匀固定在舱体（1）内，P个帆板机构（3）均匀分布在舱体（1）外，每个传动机构组（2）控制2个帆板机构（3）开合；每个传动机构组（2）包括动力装置（4）、一级传动机构（5）、二级传动机构；一级传动机构（5）和二级传动机构（6）啮合，动力装置（4）与一级传动机构（5）啮合，动力装置（4）用于提供动力，一级传动机构（5）和二级传动机构（6）均与帆板机构（3）相固连，以提供帆板机构转动力矩；

舱体（1）为正N边形壳体，无顶盖，N=P，底面加工有螺纹孔，用于固定传动机构组，正N边形壳体的顶角设有倒角；

舱体（1）底部的每条边上开有一对凹槽组，每对凹槽组由两个“L”形的凹槽（7）构成，所述“L”形凹槽（7）的一条边开在侧壁上，一条边开在底面上；

动力装置（4）包括直流伺服电机（8）、电机座（9）、第一齿轮（10）以及第一齿轮挡圈（11）；所述电机座（9）为“L”形，两边设有加强筋，底面设计有四个支耳（12），直流伺服电机（8）固定在电机座（9）上，直流伺服电机（8）的输出轴穿过电机座（9）一侧，第一齿轮（10）固定在直流伺服电机（8）的输出转轴上，并通过第一齿轮挡圈（11）限位，电机座（9）固定在舱体（1）内；

所述二级传动机构（6）包括二级传动阶梯轴（13）、锥齿轮（14）和两个轴承座（15）；二级传动阶梯轴（13）的第一端与一个轴承座（15）通过轴承转动连接，第二端穿过另一个轴承座（15），且两者通过轴承转动连接，第二端端部固定有锥齿轮（14），二级传动阶梯轴（13）上间隔设有两个帆板机构键槽（16），且两个帆板机构键槽（16）位于两个轴承座（15）之间，帆板机构键槽（16）与帆板机构（3）固连；通过两个轴承座（15）将二级传动机构（6）整体固定于舱体（1）内；

所述空间可回收式折叠机构，还包括第二齿轮（17），一级传动机构（5）的传动轴称为一级传动阶梯轴（18），第二齿轮（17）固定在一级传动阶梯轴（18）上，且位于两个帆板机构键槽（16）之间；通过一级传动机构（5）的轴承座（15）将一级传动机构（5）整体固定于舱体（1）内；

动力装置（4）中的第一齿轮（10）与一级传动机构（5）中的第二齿轮（17）相啮合，一级传动机构（5）中的锥齿轮与二级传动机构（6）中的锥齿轮（14）相啮合，以传递动力。

2.根据权利要求1所述的空间可回收式折叠机构，其特征在于：同一个传动机构组中的一级传动机构（5）和二级传动机构（6）分别控制两个相邻的帆板机构（3）。

3.根据权利要求2所述的空间可回收式折叠机构，其特征在于：所述帆板机构（3）包括帆板（19）、两个转动支架（20）、两个卡箍组件（21）；所述帆板（19）为矩形，长边设计有两组螺纹孔，用于固定安装转动支架（20），所述帆板（19）的四个角上设有倒角，正反两面设计规则布置的减重槽；所述转动支架（20）为“L”形，一端与卡箍组件（21）连接，另一端与帆板（19）连接；所述卡箍组件（21）由卡箍（22）和卡箍平键（23）构成，卡箍（22）两端加工有通孔，中心处为半圆形凹槽，半圆形凹槽中加工有卡箍键槽（24）；所述帆板机构（3）通过转动支架（20）从舱体（1）外部穿过底边凹槽（7）与舱体（1）内的一级传动阶梯轴（18）或二级传动阶梯轴（13）固连，以传递动力；其中，所述卡箍平键（23）安装于卡箍键槽（24）与帆板机构键槽（16）之间。