CN116449525A - 一种空间三维展开遮光罩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学遮光技术领域，具体提供一种空间三维展开遮光罩，包括固定架、展开机构、遮光布料；所述展开机构包括径向展开机构、轴向展开机构；所述径向展开机构包括N组径向展开组件，径向展开组件沿固定架的周向等距分布设置；所述轴向展开机构包括N组轴向展开组件，轴向展开组件设置在径向展开组件上；所述遮光布料折叠套装在延展前的轴向展开机构上，随轴向展开机构的延展带动遮光布料运动。径向展开机构用来保证遮光罩径向的高压缩比，轴向展开机构用来保证沿光轴方向的高压缩比，利用不同伸长长度的轴向展开机构，组合成适用于不同要求的遮光罩。优点在于：具有高压缩比、泛用性、良好的适配性，实现自动展开收起的同时兼顾动作精度。

Description

一种空间三维展开遮光罩

技术领域

本发明涉及光学遮光技术领域，尤其涉及一种空间三维展开遮光罩。

背景技术

空间望远镜的成像质量除本身光学系统的设计指标外，还受到各零件的加工、装调的影响。在轨运行过程中，还受到太阳辐照和空间外来杂散光的影响。遮光罩结构作为稳定主光机温度环境和抑制空间杂散光的重要装置，一直在随着主光机的需求而进行设计和优化。

随着科学研究的深入，空间望远镜的成像分辨率在逐步提高，其口径也在不断增大，但运载火箭的运载能力是一定的。未来更大口径的空间望远镜必然超出运载火箭的运载能力。通过在轨组装的形式可以完成望远镜的组装工作。

遮光罩可以通过地面折叠、空间展开的形式完成部署。目前现有的空间望远镜遮光罩的折叠方案大多数集中于光轴方向的折叠压缩工作，极少的集中于径向压缩工作。已有的径向压缩设计其径向折叠机构径向压缩比低，不能较好解决压缩径向空间的问题。

针对当前已有的展开式遮光罩，其主要展开形式为沿光轴轴线方向展开。除此之外有几种包含有径向展开方向的展开式遮光罩，这些展开式遮光罩或者采用卷尺弹簧机构，仅具备展开锁紧，不具备二次收缩功能，或者采用机电结构作为展开机构，但采用简单折叠机构，径向压缩比低，工程实用性低。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种空间三维展开遮光罩。

本发明目的在于提供一种空间三维展开遮光罩，包括固定架、展开机构、遮光布料；所述展开机构包括径向展开机构、轴向展开机构；所述径向展开机构包括N组径向展开组件，径向展开组件沿固定架的周向等距分布设置；所述轴向展开机构包括N组轴向展开组件，轴向展开组件设置在径向展开组件上；所述遮光布料折叠套装在延展前的轴向展开机构上，随轴向展开机构的延展带动遮光布料运动；N≥4；

所述径向展开组件包括径向基座、径向驱动组件、径向随动组件；所述径向驱动组件包括径向固定铰座，径向固定铰座固定设置在径向基座的一端，所述径向驱动组件用于驱动径向随动组件的运动；所述径向随动组件包括径向直线导轨、第一滚珠丝杠、第一滚珠丝杠支架、径向滑动铰座、节点连杆组；所述径向直线导轨安装在径向基座上，径向基座的一端固定连接用于支撑第一滚珠丝杠的第一滚珠丝杠支架；径向滑动铰座活动连接在径向直线导轨上，用于带动节点连杆组做展开运动；节点连杆组中连杆组件包括两个固定端部，所述固定端部分别与径向滑动铰座和径向固定铰座铰接；所述径向驱动组件驱动径向随动组件向上运动且向外展开，将轴向展开组件送至工作位置；

所述轴向展开组件包括轴向基座、轴向驱动组件、轴向随动组件；所述轴向驱动组件包括轴向固定铰座，所述轴向固定铰座固定在轴向基座一端，所述轴向驱动组件用于驱动轴向随动组件的运动；所述轴向随动组件包括轴向直线导轨、第二滚珠丝杠支架、第二滚珠丝杠、轴向滑动铰座、轴向随动连杆组；所述轴向基座固定在节点连杆组的末端连杆的平面上，所述轴向直线导轨安装在轴向基座上，轴向基座的一端固定连接用于支撑第二滚珠丝杠的第二滚珠丝杠支架；轴向滑动铰座活动连接在轴向直线导轨上，用于带动轴向随动连杆组沿轴向直线导轨向上做直线运动，实现轴向随动组件的展开。

优选的，节点连杆组包括第一随动连杆、二铰节点中连杆、三铰节点长连杆、径向展开连杆、二铰节点长连杆和末端连杆，各连杆通过连杆运动铰连接；第一随动连杆的一端与径向滑动铰座活动连接，另一端与径向展开连杆铰接，径向展开连杆的一端铰接在径向固定铰座上；所述节点连杆组完全展开时，径向展开连杆与末端连杆呈水平状态。

优选的，轴向随动连杆组为剪叉连杆，所述剪叉连杆的一端与轴向滑动铰座上端铰接，另一端与轴向固定铰座铰接；通过轴向驱动组件驱动第二滚珠丝杠旋转，使轴向滑动铰座带动剪叉连杆展开。

优选的，径向驱动组件收缩在固定架内部。

优选的，径向驱动组件还包括第一电机、第一电机支架、第一联轴器、径向蜗杆、径向蜗轮；所述径向固定铰座设置于径向基座的一端，第一电机支架固定连接在径向固定铰座上；第一电机固定与第一电机支架上，通过第一联轴器连接径向蜗杆；径向蜗轮与用于带动第一滚珠丝杠转动的径向蜗杆相啮合；

所述轴向驱动组件还包括第二滚珠丝杠支架、轴向直线导轨、第二滚珠丝杠、第二电机、第二电机支架、第二联轴器、轴向蜗杆、轴向蜗轮；所述轴向基座固定在末端连杆平面上，轴向固定铰座固定在轴向基座一端，第二电机支架固定连接在轴向固定铰座上；第二电机固定与第二电机支架上，通过第二联轴器连接轴向蜗杆；轴向蜗轮与用于带动第二滚珠丝杠转动的轴向蜗杆相啮合。

优选的，遮光布料由聚酰亚胺薄膜制成。

优选的，固定架为六角棱柱结构，所述N＝6。

本发明有益效果：

(1)本发明的遮光罩径向展开机构利用复杂连杆运动，具有更高的压缩比；

(2)本发明的遮光罩具有很高的泛用性；

(3)本发明的遮光罩具有良好的适配性；

(4)实现自动展开收起的同时兼顾了动作精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩展开后结构示意图。

图2是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩展开后局部放大示意图。

图3是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩展开机构收缩状态示意图。

图4是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩中径向展开组件收缩状态示意图。

图5是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩中径向展开组件中径向驱动组件示意图。

图6是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩轴向展开组件收缩状态示意图。

图7是本发明实施例提供的空间可三维展开遮光罩轴向展开组件中径向驱动组件示意图。

附图标记：径向展开机构1、轴向展开机构2、遮光布料3、固定架4、径向基座101、第一滚珠丝杠支架102、径向直线导轨103、第一滚珠丝杠104、第一电机105、第一电机支架106、第一联轴器107、径向蜗杆108、径向蜗轮109、径向滑动铰座110、第一随动连杆111、径向展开连杆112、末端连杆113、连杆运动铰114、径向固定铰座115、轴向基座201、第二滚珠丝杠支架202、轴向直线导轨203、第二滚珠丝杠204、第二电机205、第二电机支架206、第二联轴器207、轴向蜗杆208、轴向蜗轮209、轴向固定铰座210、轴向滑动铰座211、剪叉连杆Ⅰ212、剪叉连杆Ⅱ213。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

本发明的目的是要发明具有轴向和径向双向的展开的展开式遮光罩。面向未来望远镜在轨维护、维修等复杂应用需求，遮光罩具备展开和收缩功能。同时面对口径需求和运载上行的边界需求，展开式遮光罩结构应具有较高的径向和轴向压缩比。

本发明提供一种空间三维展开遮光罩，包括固定架、展开机构、遮光布料；

所述展开机构包括径向展开机构、轴向展开机构；所述径向展开机构包括N组径向展开组件，径向展开组件沿固定架的周向等距分布设置；所述轴向展开机构包括N组轴向展开组件，轴向展开组件设置在径向展开组件上；所述遮光布料折叠设置在延展前的径向展开机构上，随径向展开机构的延展带动遮光布料运动。

所述径向展开组件包括径向基座、径向驱动组件、径向随动组件；

所述径向驱动组件包括径向固定铰座、第一电机、第一电机支架、第一联轴器、径向蜗杆、径向蜗轮；所述径向固定铰座设置于径向基座的一端，第一电机支架固定连接在径向固定铰座上；第一电机固定与第一电机支架上，通过第一联轴器连接径向蜗杆；径向蜗轮与用于带动第一滚珠丝杠转动的径向蜗杆相啮合；

所述径向随动组件包括径向直线导轨、第一滚珠丝杠、第一滚珠丝杠支架、径向滑动铰座、节点连杆组；节点连杆组包括第一随动连杆、二铰节点中连杆、三铰节点长连杆、径向展开连杆、二铰节点长连杆和末端连杆，上述连杆通过连杆运动铰连接，当节点连杆组完全展开时径向展开连杆与末端连杆呈水平状态；所述径向直线导轨安装在径向基座上，径向基座的一端固定连接用于支撑第一滚珠丝杠的第一滚珠丝杠支架；径向滑动铰座活动连接在径向直线导轨上，上端通过连杆运动铰与第一随动连杆的一端铰接；第一随动连杆的另一端与径向展开连杆铰接，径向展开连杆的一端通过连杆运动铰连接在径向固定铰座上。

所述轴向展开组件包括轴向基座、轴向驱动组件、轴向随动组件；

所述轴向驱动组件包括第二滚珠丝杠支架、轴向直线导轨、第二滚珠丝杠、轴向固定铰座、第二电机、第二电机支架、第二联轴器、轴向蜗杆、轴向蜗轮；所述轴向基座固定在末端连杆平面上，轴向固定铰座固定在轴向基座一端，第二电机支架固定连接在轴向固定铰座上；第二电机固定与第二电机支架上，通过第二联轴器连接轴向蜗杆；轴向蜗轮与用于带动第二滚珠丝杠转动的轴向蜗杆相啮合；

所述轴向随动组件包括轴向直线导轨、第二滚珠丝杠支架、第二滚珠丝杠、轴向滑动铰座、轴向随动连杆组，轴向随动连杆组包括M组剪叉连杆剪叉连杆Ⅰ和剪叉连杆Ⅱ，剪叉连杆Ⅰ和剪叉连杆Ⅱ均为三节点连杆；所述轴向直线导轨安装在轴向基座上，轴向基座的一端固定连接用于支撑第二滚珠丝杠的第二滚珠丝杠支架；轴向滑动铰座活动连接在轴向直线导轨上，上端通过连杆运动铰与剪叉连杆Ⅰ的一端铰接；剪叉连杆Ⅰ中间节点通过连杆运动铰与剪叉连杆Ⅱ的中间节点铰接，剪叉连杆Ⅱ端点通过连杆运动铰连接在轴向固定铰座上；剪叉连杆Ⅰ和剪叉连杆Ⅱ相互连接形成轴向随动连杆；通过第二电机带动第二联轴器进而驱动轴向蜗杆，带动轴向蜗轮，使第二滚珠丝杠旋转，最终使轴向滑动铰座带动剪叉连杆Ⅰ沿轴向直线导轨向上做直线运动，从而实现轴向随动组件的展开。

遮光布料由柔性的、具有高隔热性质的聚酰亚胺薄膜制成；遮光布料与轴向展开机构的杆件相连接，便于轴向展开机构在展开过程中带动遮光布料运动；完全展开后遮光布料可阻挡外部杂散光，满足光学使用要求。

工作原理：通过第一电机带动第一联轴器进而驱动径向蜗杆，带动径向蜗轮，使第一滚珠丝杠旋转，最终使径向滑动铰座带动第一随动连杆沿径向直线导轨向上做直线运动；节点连杆组由于做收缩运动沿径向伸出并带动轴向展开机构向上翻转，将直线运动量转化为大范围空间运动量。径向展开机构将轴向展开机构沿径向展开并向上翻转从而将轴向展开机构送至工作位置，随之轴向展开结构展开，带动柔性遮光布料沿轴向展开，形成完整的遮光罩结构。

实施例1

如图1-7所示的空间三维展开遮光罩，包括固定架4、展开机构、遮光布料3；所述装置的固定架4为中空的六角棱柱结构，固定架4的六个面每一面固定一个径向展开机构1；径向展开机构1的第一电机105在固定架4内部，进一步利用空间；

所述展开机构包括径向展开机构1、轴向展开机构2；所述径向展开机构包括N组径向展开组件，轴向展开机构2包括N组轴向展开组件，轴向展开组件设置在径向展开组件上；所述遮光布料3折叠设置在延展前的轴向展开机构2上，随轴向展开机构2的延展带动遮光布料运动。

径向展开组件包括径向基座101、径向驱动组件、径向随动组件；径向驱动组件包括径向固定铰座115、第一电机105、第一电机支架106、第一联轴器107、径向蜗杆108、径向蜗轮109；径向固定铰座115设置于径向基座101的一端，第一电机支架106固定连接在径向固定铰座115上；第一电机105固定与第一电机支架106上，通过第一联轴器107连接径向蜗杆108；径向蜗轮109与用于带动第一滚珠丝杠104转动的径向蜗杆108相啮合；

径向随动组件包括径向直线导轨103、第一滚珠丝杠104、径向滑动铰座110、节点连杆组；节点连杆组包括第一随动连杆111、二铰节点中连杆、三铰节点长连杆、径向展开连杆112、二铰节点长连杆和末端连杆113，上述连杆通过连杆运动铰114互相连接，当节点连杆组完全展开时径向展开连杆112与末端连杆113呈水平状态；

所述径向直线导轨103安装在径向基座101上，径向基座101的一端固定连接用于支撑第一滚珠丝杠104的第一滚珠丝杠支架102；径向滑动铰座110活动连接在径向直线导轨103上，上端通过连杆运动铰114与第一随动连杆111的一端铰接；第一随动连杆111的另一端与径向展开连杆112铰接，径向展开连杆112的一端通过连杆运动铰114连接在径向固定铰座115上；

第一随动连杆111、二铰节点中连杆、三铰节点长连杆、径向展开连杆112、二铰节点长连杆和末端连杆113的连接关系为：第一随动连杆111的一端与径向展开连杆112的第二节点铰接，第一随动连杆111中点铰接二铰节点中连杆的一端，二铰节点中连杆另一端与三铰节点长连杆一端铰接，三铰节点长连杆的中间节点与径向展开连杆112的第三节点铰接，三铰节点长连杆的另一端与末端连杆113端点铰接，末端连杆113另一端与二铰节点长连杆端点铰接，二铰节点长连杆另一端与径向展开连杆112的端点铰接；各个连杆间实现自由度的相互匹配，完全展开时径向展开连杆112与末端连杆113呈水平状态；

所述轴向展开组件包括轴向基座201、轴向驱动组件、轴向随动组件；

所述轴向驱动组件包括轴向固定铰座210、第二电机205、第二电机支架206、第二联轴器207、轴向蜗杆208、轴向蜗轮209；所述轴向基座201固定在末端连杆113平面上，轴向固定铰座201固定在轴向基座201一端，第二电机支架206固定连接在轴向固定铰座210上；第二电机205固定与第二电机支架206上，通过第二联轴器207连接轴向蜗杆208；轴向蜗轮209与用于带动第二滚珠丝杠204转动的轴向蜗杆208相啮合；

所述轴向随动组件包括第二滚珠丝杠支架202、轴向直线导轨203、第二滚珠丝杠204、轴向滑动铰座211、轴向随动连杆组，轴向随动连杆组包括M组剪叉连杆剪叉连杆Ⅰ212和剪叉连杆Ⅱ213，剪叉连杆Ⅰ212和剪叉连杆Ⅱ213均为三节点连杆；所述轴向直线导轨203安装在轴向基座201上，轴向基座201的一端固定连接用于支撑第二滚珠丝杠204的第二滚珠丝杠支架202；轴向滑动铰座211活动连接在轴向直线导轨203上，上端通过连杆运动铰114与剪叉连杆Ⅰ212的一端铰接；剪叉连杆Ⅰ212中间节点通过连杆运动铰114与剪叉连杆Ⅱ213的中间节点铰接，剪叉连杆Ⅱ213端点通过连杆运动铰114连接在轴向固定铰座210上；剪叉连杆Ⅰ212和剪叉连杆Ⅱ213相互连接形成轴向随动连杆；通过第二电机205带动第二联轴器207进而驱动轴向蜗杆208带动轴向蜗轮209转动，进而使第二滚珠丝杠204旋转，最终使轴向滑动铰座211带动剪叉连杆Ⅰ212沿轴向直线导轨203向上做直线运动，从而实现轴向随动组件的展开。

遮光布料3由柔性的、具有高隔热性质的聚酰亚胺薄膜制成；遮光布料3与轴向展开机构的杆件节点相连接，便于轴向展开机构在展开过程中带动遮光布料运动；完全展开后遮光布料可阻挡外部杂散光，满足光学使用要求。回收过程为展开过程的逆过程，不再赘述。

径向展开机构1用来保证遮光罩径向的高压缩比状态，这样能实现更高的径向压缩空间。轴向展开机构2用来保证沿光轴方向的高压缩比状态，利用不同伸长长度的轴向展开机构，组合成适用于不同要求的遮光罩。通过径向展开机构1和轴向展开机构2的共同作用，可使遮光罩压缩到更小的体积。柔性遮光布料通过折叠可大幅度压缩体积。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：包括固定架、展开机构、遮光布料；所述展开机构包括径向展开机构、轴向展开机构；所述径向展开机构包括N组径向展开组件，径向展开组件沿固定架的周向等距分布设置；所述轴向展开机构包括N组轴向展开组件，轴向展开组件设置在径向展开组件上；所述遮光布料折叠套装在延展前的轴向展开机构上，随轴向展开机构的延展带动遮光布料运动；N≥4；

所述径向展开组件包括径向基座、径向驱动组件、径向随动组件；所述径向驱动组件包括径向固定铰座，径向固定铰座固定设置在径向基座的一端，所述径向驱动组件用于驱动径向随动组件的运动；所述径向随动组件包括径向直线导轨、第一滚珠丝杠、第一滚珠丝杠支架、径向滑动铰座、节点连杆组；所述径向直线导轨安装在径向基座上，径向基座的一端固定连接用于支撑第一滚珠丝杠的第一滚珠丝杠支架；径向滑动铰座活动连接在径向直线导轨上，用于带动节点连杆组做展开运动；节点连杆组中连杆组件包括两个固定端部，所述固定端部分别与径向滑动铰座和径向固定铰座铰接；所述径向驱动组件驱动径向随动组件向上运动且向外展开，将轴向展开组件送至工作位置；

所述轴向展开组件包括轴向基座、轴向驱动组件、轴向随动组件；所述轴向驱动组件包括轴向固定铰座，所述轴向固定铰座固定在轴向基座一端，所述轴向驱动组件用于驱动轴向随动组件的运动；所述轴向随动组件包括轴向直线导轨、第二滚珠丝杠支架、第二滚珠丝杠、轴向滑动铰座、轴向随动连杆组；所述轴向基座固定在节点连杆组的末端连杆的平面上，所述轴向直线导轨安装在轴向基座上，轴向基座的一端固定连接用于支撑第二滚珠丝杠的第二滚珠丝杠支架；轴向滑动铰座活动连接在轴向直线导轨上，用于带动轴向随动连杆组沿轴向直线导轨向上做直线运动，实现轴向随动组件的展开。

2.根据权利要求1所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述节点连杆组包括第一随动连杆、二铰节点中连杆、三铰节点长连杆、径向展开连杆、二铰节点长连杆和末端连杆，各连杆通过连杆运动铰连接；第一随动连杆的一端与径向滑动铰座活动连接，另一端与径向展开连杆铰接，径向展开连杆的一端铰接在径向固定铰座上；所述节点连杆组完全展开时，径向展开连杆与末端连杆呈水平状态。

3.根据权利要求2所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述轴向随动连杆组为剪叉连杆，所述剪叉连杆的一端与轴向滑动铰座上端铰接，另一端与轴向固定铰座铰接；通过轴向驱动组件驱动第二滚珠丝杠旋转，使轴向滑动铰座带动剪叉连杆展开。

4.根据权利要求3所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述径向驱动组件收缩在固定架内部。

5.根据权利要求4所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述径向驱动组件还包括第一电机、第一电机支架、第一联轴器、径向蜗杆、径向蜗轮；所述径向固定铰座设置于径向基座的一端，第一电机支架固定连接在径向固定铰座上；第一电机固定与第一电机支架上，通过第一联轴器连接径向蜗杆；径向蜗轮与用于带动第一滚珠丝杠转动的径向蜗杆相啮合；

所述轴向驱动组件还包括第二滚珠丝杠支架、轴向直线导轨、第二滚珠丝杠、第二电机、第二电机支架、第二联轴器、轴向蜗杆、轴向蜗轮；所述轴向基座固定在末端连杆平面上，轴向固定铰座固定在轴向基座一端，第二电机支架固定连接在轴向固定铰座上；第二电机固定与第二电机支架上，通过第二联轴器连接轴向蜗杆；轴向蜗轮与用于带动第二滚珠丝杠转动的轴向蜗杆相啮合。

6.根据权利要求5所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述遮光布料由聚酰亚胺薄膜制成。

7.根据权利要求6所述的一种空间三维展开遮光罩，其特征在于：所述固定架为六角棱柱结构，所述N＝6。