CN114914657A - 单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其包括P个剪叉伸缩组件和驱动组件，剪叉伸缩组件呈圆周阵列设置在驱动组件外侧，剪叉伸缩组件包括第一剪叉臂、第二剪叉臂、第三剪叉臂和第四剪叉臂，各剪叉臂间通过转动副连接，驱动组件包括驱动电机、减速器、第一轴承、升降座、升降丝杠、固定座、第二轴承、端盖和固定支架，第一剪叉臂的第一端与驱动组件的升降座连接，第二剪叉臂的第一端与驱动组件的固定座连接。本发明将升降丝杠上升降座的往复直线运动转化为剪叉伸缩组件的展开或收拢，进而控制折展天线机构的展开口径，具有高刚度、高收拢率、口径大小可调等优点。

Description

单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构

技术领域

本发明涉及折展天线技术领域，具体涉及一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构。

背景技术

目前，各国在航天领域的竞争愈发激烈，为把各种机械设备安全高效的运送到太空，以便进一步开展科学研究，对于空间可展机构的需求是未来发展的必然趋势。空间可展机构易于展开收拢，便于运输，安装简便，质量轻巧等独特优势在太空轨道建设以及卫星通信等重大航天项目领域具有重要的研究意义。

随着在深空探测、军事侦察、对地观测等需求的不断提高，对空间可展机构的高精度、大口径、轻量化提出了更高的要求，但由于受制于航天工具的体积的限制，各种航天航空专用机构只能设计成折展机构的形式装配在火箭内部，待火箭运送航天器进入轨道后，再依靠自身的动力装置将其展开至工作状态，具有折叠和展开功能的可展机构越来越多，在各类航天器上获得了广泛的应用，空间可展机构的研究已经逐渐成为航空航天领域的研究热点之一。

而且，根据航空航天深空探索任务的需要，空间折展天线不断向着大尺度、大折叠比、高精度、高刚度、易于控制方向发展，因此，为了适应需求不断增长的航空可展天线，亟需提出自由度少、制造工艺性好、刚度高、折叠比大等性能优良的可展机构。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，将升降丝杠上升降座的往复直线运动转化为剪叉伸缩组件的展开或收拢，进而控制折展天线机构的展开口径，具有高刚度、高收拢率、口径大小可调等优点。

本发明提供了一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其包括P个剪叉伸缩组件和驱动组件，所述剪叉伸缩组件呈圆周阵列设置在所述驱动组件外侧，所述剪叉伸缩组件，其包括第一剪叉臂、第二剪叉臂、Q根第三剪叉臂和两根第四剪叉臂，所述第一剪叉臂的第一端与所述升降座的第一铰接头连接，所述第二剪叉臂的第一端与所述固定座的第二铰接头连接，所述第一剪叉臂与所述第二剪叉臂的中部在交叉位置转动连接，所述第一剪叉臂和第二剪叉臂的第二端分别与所述第三剪叉臂的第一端连接，Q根所述第三剪叉臂间通过转动副依次首尾连接，且相邻两条所述第三剪叉臂的中部在交叉位置转动连接，所述第三剪叉臂的第二端与所述第四剪叉臂的第一端连接；所述驱动组件，其包括驱动电机、减速器、第一轴承、升降座、升降丝杠、固定座、第二轴承、端盖和固定支架，所述驱动电机的输出轴经减速器通过联轴器与所述升降丝杠的第一端连接，所述第一轴承套设在所述升降丝杠的第一端，所述升降座上设有螺纹孔，且螺纹孔的中心位于所述升降丝杠的轴线上，所述升降座通过螺纹孔套装在所述升降丝杠上，且沿着所述升降丝杠的轴线方向往复移动，所述固定座套装在所述升降丝杠的第二端，所述固定座中部设有固定孔，所述升降丝杠通过固定孔安设在所述固定座中，所述升降丝杠的第二端与第二轴承连接，第二轴承与所述端盖连接，所述升降座和固定座上均设有用于所述固定支架插入的方形凹槽，所述固定支架设置在所述升降丝杠的外侧，所述固定支架的第一端与所述升降座的第一凹槽连接，所述固定支架的第二端与所述固定座的第二凹槽连接。

可优选的是，所述第一剪叉臂和第二剪叉臂的结构相同，所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂的第一端、中部和第二端均开设有用于插入固定销的销孔，且所述第一剪叉臂的第一端设有凸台，凸台上开设有销孔，各剪叉臂交叉位置通过固定销转动连接，所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂的长度相等，所述第四剪叉臂长度是所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂长度的0.5倍，完全展开后，P个所述剪叉伸缩组件组成的天线机构工作面均位于同一个平面内，通过调节所述升降座在所述固定支架上的位置来控制所述剪叉伸缩组件，进而控制折展天线机构的展开口径。

可优选的是，通过调整所述第一剪叉臂、第二剪叉臂、第三剪叉臂和第四剪叉臂的尺寸，改变折展天线机构完全展开后面积的大小和完全收拢后所占包络体积的大小。

可优选的是，所述升降座圆周外侧均设有第一铰接头，且所述第一铰接头的数量为P个，且所述第一铰接头上均开设有通孔，用于通过转动副与所述第一剪叉臂的第一端连接。

可优选的是，所述固定座圆周外侧均设有第二铰接头，且所述第二铰接头的数量为P个，所述第二铰接头上均开设有通孔，用于通过转动副与所述第二剪叉臂的第一端连接。

可优选的是，所述剪叉伸缩组件能够独立实现展开与收拢，且所述剪叉伸缩组件的剪叉臂间均采用转动副连接，所述剪叉伸缩组件处于完全收拢状态下，各个剪叉臂间相互靠拢、姿态保持一致均位于同一平面内，处于最小体积状态。

可优选的是，所述驱动电机为变频调速电机，所述减速器用于降低电机转速，减小冲击震动，使所述剪叉伸缩组件伸展平稳。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明通过调节升降座在固定支架上的位置来控制剪叉伸缩组件，进而控制折展天线机构的展开口径，能够有效提高整体机构的刚度，减少变形带来的不利影响，使空间可展天线机构在工作过程中更加安全、高效和便捷。

2.本发明通过驱动机构的设置，将升降丝杠上升降座的往复直线运动转化为剪叉伸缩组件的展开或收拢，通过剪叉伸缩组件的阵列组合形成任意口径大小的折展天线机构，且剪叉伸缩组件的剪叉臂间均采用转动副连接，使剪叉伸缩组件在完全收拢状态下，各个剪叉臂间相互靠拢，姿态保持一致均位于同一平面内，使折展天线机构的收拢率更高，有效节省了携带天线的空间。

3.本发明设置的驱动电机为变频调速电机，用于减少造成天线结构的损坏和引起天线结构的振动而引起的冲击力，解决了现有折展天线机构精度低、稳定性差、整体刚度低等问题，具有高刚度、高收拢率、口径大小可调等优点。

附图说明

图1为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构的整体结构示意图；

图2为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中剪叉伸缩组件和驱动组件配合的结构示意图；

图3为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中驱动组件的整体结构示意图；

图4为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中驱动组件的局部结构示意图；

图5为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中第一剪叉臂的结构示意图；

图6为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中升降座的结构示意图；

图7为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中固定座的结构示意图；

图8为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构中带弧度的剪叉伸缩组件的结构示意图；

图9为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构展开工作面为抛物面的结构示意图；

图10为本发明单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构展开工作面为球面的结构示意图。

主要附图标记：

剪叉伸缩组件1，第一剪叉臂11，第二剪叉臂12，第三剪叉臂13，第四剪叉臂14，剪叉臂单元正安装形式15，剪叉臂单元反安装形式16，驱动组件2，驱动电机21，减速器22，第一轴承23，升降座24，螺纹孔241，第一铰接头242，第一凹槽243，升降丝杠25，固定座26，固定孔261，第二铰接头262，第二凹槽263，第二轴承27，端盖28，固定支架29。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，本发明列举了三个实施例但本发明不仅限于这三个实施例，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，如图1和图2所示，其包括P个剪叉伸缩组件1和驱动组件2，剪叉伸缩组件1呈圆周阵列设置在驱动组件2外侧，剪叉伸缩组件1能够独立实现展开与收拢，且剪叉伸缩组件1的剪叉臂间均采用转动副连接，剪叉伸缩组件1处于完全收拢状态下，各个剪叉臂间相互靠拢、姿态保持一致均位于同一平面内，处于最小体积状态。剪叉伸缩组件1包括第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、Q根第三剪叉臂13和第四剪叉臂14，第一剪叉臂11的第一端与升降座24的第一铰接头242连接，第二剪叉臂12的第一端与固定座26的第二铰接头262连接，第一剪叉臂11与第二剪叉臂12的中部在交叉位置转动连接，第一剪叉臂11和第二剪叉臂12的第二端分别与第三剪叉臂13的第一端连接，第三剪叉臂13间通过转动副依次首尾连接，且相邻第三剪叉臂13的中部在交叉位置转动连接，第三剪叉臂13的第二端与第四剪叉臂14的第一端连接。

如图3和图4所示，驱动组件2包括驱动电机21、联轴器22、第一轴承23、升降座24、升降丝杠25、固定座26、第二轴承27、端盖28和固定支架29，驱动电机21的输出轴经减速器22通过联轴器与升降丝杠25的第一端连接，第一轴承23套设在升降丝杠25的第一端，升降座24上设有螺纹孔241，且螺纹孔241的中心位于升降丝杠25的轴线上，升降座24通过螺纹孔套装在升降丝杠25上，且沿着升降丝杠25的轴线方向往复移动，固定座26套装在升降丝杠25的第二端，固定座26中部设有固定孔261，升降丝杠25通过固定孔261安设在固定座26中，升降丝杠25的第二端通过第二轴承27与端盖28连接，升降座24和固定座26上均设有用于固定支架29插入的方形凹槽，固定支架29设置在升降丝杠25的外侧，固定支架29的第一端与升降座24的第一凹槽243连接，固定支架29的第二端与固定座26的第二凹槽263连接，驱动电机21为变频调速电机，减速器22用于降低电机转速，减小冲击震动，使剪叉伸缩组件1伸展平稳。

如图5所示，第一剪叉臂11和第二剪叉臂12的结构相同，第一剪叉臂11、第二剪叉臂12和第三剪叉臂13的第一端、中部和第二端均开设有用于插入固定销的销孔，且第一剪叉臂11的第一端设有凸台，凸台上开设有销孔，各剪叉臂交叉位置通过固定销转动连接，第一剪叉臂11、第二剪叉臂12和第三剪叉臂13的长度相等，第四剪叉臂14长度是第一剪叉臂11、第二剪叉臂12和第三剪叉臂13长度的0.5倍，完全展开后，P个剪叉伸缩组件1组成的天线机构工作面均位于同一个平面内，通过调节升降座24在固定支架29上的位置来控制剪叉伸缩组件1，进而控制折展天线机构的展开口径。通过调整第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的尺寸，改变折展天线机构完全展开后面积的大小和完全收拢后所占包络体积的大小。

如图6所示，升降座24圆周外侧均设有第一铰接头242，且第一铰接头242的数量为P个，且第一铰接头242上均开设有通孔，用于通过转动副与第一剪叉臂11的第一端连接。

如图7所示，固定座26圆周外侧均设有第二铰接头262，且第二铰接头262的数量为P个，第二铰接头262上均开设有通孔，用于通过转动副与第二剪叉臂12的第一端连接。

以下结合实施例对本发明一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构做进一步描述：

在使用本发明进行折展工作时，要保证P个剪叉伸缩组件1和驱动组件2安装完好、布局合理并顺畅运行。

实施例一：

如图1所示，剪叉伸缩组件1的第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14均为直连杆，折展天线机构展开后的工作面为平面。

本实施例的操作过程是这样实现的：

首先，剪叉伸缩组件1安装：第一剪叉臂11的第一端与升降座24的第一铰接头241连接，第二剪叉臂12的第一端与固定座26的第二铰接头261连接，第一剪叉臂11和第二剪叉臂12的交叉位置转动连接，第一剪叉臂11和第二剪叉臂12的第二端分别与第三剪叉臂13的第一端连接，各第三剪叉臂13的交叉位置转动连接，第三剪叉臂13的第二端与第四剪叉臂14的第一端连接，相邻两个第四剪叉臂14的中部交叉位置转动连接。

然后，驱动组件2安装：驱动电机21的输出轴经减速器22通过联轴器与升降丝杠25的第一端连接，第一轴承23和升降座24均套设在升降丝杠25的第一端，且第一轴承23位于升降座24上方，升降座24沿着升降丝杠25的轴线方向往复移动，控制剪叉伸缩组件1的展开或收拢，进而控制折展天线机构的展开口径，升降丝杠25的第二端通过第二轴承27与轴承安装座28连接，固定座26通过固定孔261套装在升降丝杠25的第二端。

最后，折展天线机构工作时，该机构的动力装置为驱动电机21，驱动电机21的输出轴经减速器22通过联轴器驱动升降丝杠25转动，带动套装在升降丝杠25上的升降座24沿升降丝杠25的轴线方向作往复直线移动，进而带动与升降座24连接的第一剪叉臂11展开或收拢，通过调整第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的尺寸，改变折展天线机构完全展开后的面积大小和完全收拢后所占包络体积的大小。

如图8所示，剪叉伸缩组件1的第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14均为带弧度的曲杆，第一剪叉臂11、第二剪叉臂12和第三剪叉臂13的圆弧角为20°，第四剪叉臂14的圆弧角为10°，剪叉臂单元正安装形式为15，剪叉臂单元反安装形式为16，根据剪叉臂单元的排列方式与剪叉臂单元的数量来改变折展天线机构的工作面的形状。

实施例二：

如图9所示，折展天线机构展开后的工作面为抛物面。剪叉伸缩组件1的第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的排列方式为：第一剪叉臂11的第一端与驱动组件2的升降座24连接，第二剪叉臂12的第一端与固定座26连接，第一剪叉臂11与第二剪叉臂12的安装方式相同，第一剪叉臂11的第二端与第三剪叉臂13的第一端连接，第二剪叉臂12的第二端与第三剪叉臂13的第二端连接，两个相邻的第三剪叉臂13中部交叉并通过转动副连接，两个第三剪叉臂13的安装方式相反，两个第四剪叉臂14的第一端分别与交叉设置的两个第三剪叉臂13的第一端和第二端分别连接，且两个第四剪叉臂14的安装方式相同，即剪叉臂单元的安装形式为：正-反-正-正-反-正-正。

本实施例的操作过程是这样实现的：

本实施例与实施例一的操作过程相同。通过改变剪叉臂单元正安装形式15，剪叉臂单元反安装形式16的排列方式来改变展开后的工作面形状，通过调节第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的尺寸来改变折展天线机构完全展开后口径的大小和完全收拢后包络体积的大小。

实施例三：

如图10所示，折展天线机构展开后的工作面为抛物面。剪叉伸缩组件1的第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的排列方式为：第一剪叉臂11的第一端与驱动组件2的升降座24连接，第二剪叉臂12的第一端与固定座26连接，第一剪叉臂11与第二剪叉臂12的安装方式相同，第一剪叉臂11的第二端与第三剪叉臂12的第一端连接，第二剪叉臂12的第二端与第三剪叉臂13的第二端连接，两个相邻的第三剪叉臂13中部交叉并通过转动副连接，两个第三剪叉臂13的安装方式相同，两个第四剪叉臂14的第一端分别与交叉设置的两个第三剪叉臂13的第一端和第二端分别连接，且两个第四剪叉臂14的安装方式相同，即剪叉臂单元的安装形式为：正-正-正-正-正。

本实施例的操作过程是这样实现的：

本实施例与实施例一的操作过程相同。通过改变剪叉臂单元正安装形式15，剪叉臂单元反安装形式16的排列方式来改变展开后的工作面形状，通过调整第一剪叉臂11、第二剪叉臂12、第三剪叉臂13和第四剪叉臂14的尺寸来改变折展天线机构完全展开后口径的大小和完全收拢后包络体积的大小。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，其包括P个剪叉伸缩组件和驱动组件，所述剪叉伸缩组件呈圆周阵列设置在所述驱动组件外侧，

所述剪叉伸缩组件，其包括第一剪叉臂、第二剪叉臂、Q根第三剪叉臂和第四剪叉臂，所述第一剪叉臂的第一端与所述升降座的第一铰接头连接，所述第二剪叉臂的第一端与所述固定座的第二铰接头连接，所述第一剪叉臂与所述第二剪叉臂的中部在交叉位置转动连接，所述第一剪叉臂和第二剪叉臂的第二端分别与所述第三剪叉臂的第一端连接，Q根第三剪叉臂间通过转动副依次首尾连接，且相邻两条所述第三剪叉臂的中部在交叉位置转动连接，所述第三剪叉臂的第二端与所述第四剪叉臂的第一端连接；

所述驱动组件，其包括驱动电机、减速器、第一轴承、升降座、升降丝杠、固定座、第二轴承、端盖和固定支架，所述驱动电机的输出轴经减速器通过联轴器与所述升降丝杠的第一端连接，所述第一轴承套设在所述升降丝杠的第一端，所述升降座上设有螺纹孔，且所述螺纹孔的中心位于所述升降丝杠的轴线上，所述升降座通过螺纹孔套装在所述升降丝杠上，且沿着所述升降丝杠的轴线方向往复移动，所述固定座套装在所述升降丝杠的第二端，所述固定座中部设有固定孔，所述升降丝杠通过固定孔安设在所述固定座中，所述升降丝杠的第二端与第二轴承连接，第二轴承与所述端盖连接，所述升降座和固定座上均设有用于所述固定支架插入的方形凹槽，所述固定支架设置在所述升降丝杠的外侧，所述固定支架的第一端与所述升降座的第一凹槽连接，所述固定支架的第二端与所述固定座的第二凹槽连接。

2.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，所述第一剪叉臂和第二剪叉臂的结构相同，所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂的第一端、中部和第二端均开设有用于插入固定销的销孔，且所述第一剪叉臂的第一端设有凸台，凸台上开设有销孔，各剪叉臂交叉位置通过固定销转动连接，所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂的长度相等，所述第四剪叉臂长度是所述第一剪叉臂、第二剪叉臂和第三剪叉臂长度的0.5倍，折展天线机构完全展开后，P个剪叉伸缩组件组成的天线机构工作面均位于同一个平面内，通过调节所述升降座在所述固定支架上的位置来控制所述剪叉伸缩组件，进而控制折展天线机构的展开口径。

3.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，通过调整所述第一剪叉臂、第二剪叉臂、第三剪叉臂和第四剪叉臂的尺寸，改变折展天线机构完全展开后面积的大小和完全收拢后所占包络体积的大小。

4.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，所述升降座圆周外侧均设有第一铰接头，且所述第一铰接头的数量为P个，且所述第一铰接头上均开设有通孔，用于通过转动副与所述第一剪叉臂的第一端连接。

5.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，所述固定座圆周外侧均设有第二铰接头，且所述第二铰接头的数量为P个，所述第二铰接头上均开设有通孔，用于通过转动副与所述第二剪叉臂的第一端连接。

6.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，所述剪叉伸缩组件能够独立实现展开与收拢，且所述剪叉伸缩组件的剪叉臂间均采用转动副连接，所述剪叉伸缩组件处于完全收拢状态下，各个剪叉臂间相互靠拢、姿态保持一致均位于同一平面内，处于最小体积状态。

7.根据权利要求1所述的单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构，其特征在于，所述驱动电机为变频调速电机，所述减速器用于降低电机转速，减小冲击震动，使所述剪叉伸缩组件伸展平稳。

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