CN117326098A - 一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构 - Google Patents
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Abstract
一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构。本发明涉及一种伸缩机构，本发明为解决现有技术中微纳卫星姿态控制的成本高、功耗大、不能满足日益提高的在轨载荷多任务、低功耗、低成本、轻量化、能够利用最少的资源配置保证系统安全可靠需求的问题，它包括重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构、传动机构、驱动电机组件和外壳；重力梯度伸缩杆的一端通过外壳安装在维纳卫星上，伸缩杆驱动机构安装在重力梯度伸缩杆内，重力梯度伸缩杆的另一端与涡流阻尼球固定连接，传动机构安装在重力梯度伸缩杆上，驱动电机组件与传动机构连接并驱动传动机构转动，本发明用于航天器控制领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种伸缩机构，具体涉及一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，本发明属于航天器控制领域。
背景技术
微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短、可编队组网，能够以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势，在科研、国防和商用等领域发挥着重要作用。在卫星小型化的进程中，卫星的质量、体积在减小，设计周期在缩短，制造成本在减少，但是性能要求却越来越高，这就要求我们应该在尽量运用环境资源的同时提高姿态控制算法，使卫星具有技术指标要求的指向精度与稳定性。地球周围有着丰富的磁场资源，所以，重力梯度稳定卫星越来越受到大家的关注，是小成本卫星的最优选择之一，利用重力梯度力矩来稳定航天器空间姿态。
目前，大多数重力梯度稳定卫星的重力梯度杆只能伸展不能收回，只能对卫星进行一次姿态调节，仅能单轴对地，且不能满足日益提高的在轨载荷多任务、低功耗、低成本、轻量化、能够利用最少的资源配置保证系统安全可靠等的需求。
发明内容
本发明为解决现有技术中微纳卫星姿态控制的成本高、功耗大、不能满足日益提高的在轨载荷多任务、低功耗、低成本、轻量化、能够利用最少的资源配置保证系统安全可靠需求的问题，进而提供一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，它包括重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构、传动机构、驱动电机组件和外壳；重力梯度伸缩杆的一端通过外壳安装在维纳卫星上，伸缩杆驱动机构安装在重力梯度伸缩杆内，重力梯度伸缩杆的另一端与涡流阻尼球固定连接，传动机构安装在重力梯度伸缩杆上，驱动电机组件与传动机构连接并驱动传动机构转动。
进一步地，它还包括转动平台，外壳通过转动平台与维纳卫星连接。
进一步地，重力梯度伸缩杆包括一级管体、二级管体和三级管体；一级管体、二级管体和三级管体由外向内依次同轴套装设置，外壳套装在一级管体上，一级管体的底端固定安装有凸起平台，传动机构安装在凸起平台上。
进一步地，传动机构包括丝杠和限位块，丝杠螺纹连接安装在凸起平台上，且丝杠顶端固定安装有限位块。
进一步地，它还包括底座，外壳底端和凸起平台之间安装有底座，丝杠的底端穿过外壳底端和底座设置。
进一步地，伸缩杆驱动机构包括第一齿条、第二齿条、第三齿条、第四齿条、第五齿条、第六齿条、第七齿条、第八齿条、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮；外壳的内侧壁上对称嵌装有第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条相对设置，二级管体的外侧壁上对称嵌装有第五齿条和第六齿条，第五齿条和第六齿条背向相对设置，一级管体的内侧壁上对称嵌装有第三齿条和第四齿条，第三齿条和第四齿条相对设置，三级管体的外侧壁上对称嵌装有第七齿条和第八齿条，第七齿条、第八齿条背向相对设置，第一齿轮和第二齿轮相对设置在一级管体的侧壁上，第三齿轮和第四齿轮相对设置在二级管体的侧壁上，第一齿轮设置在第一齿条和第五齿条之间并齿啮合设置，第二齿轮设置在第二齿条和第六齿条之间并齿啮合设置，第三齿轮设置在第三齿条和第七齿条之间并齿啮合设置，第四齿轮设置在第四齿条和第八齿条之间并齿啮合设置，第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮和第四齿轮沿圆周方向错开设置。
进一步地，第一齿轮和第二齿轮位置点的连线与第三齿轮和第四齿轮位置点的连线垂直设置。
进一步地，驱动电机组件包括电机和两个锥齿轮，一个锥齿轮固定套装在电机输出轴上，另一个锥齿轮套装在传动机构的底端上，且两个锥齿轮齿啮合设置。
进一步地，驱动电机组件包括电机，丝杠的一端固定安装在电机输出轴上。
进一步地，涡流阻尼球包括铝球、橡皮球、石墨球、铜球和内球；内球是由三根正交磁棒组成，铝球、橡皮球、石墨球、铜球和内球由外向内依次套装设置。
本发明的有益效果：
1.本申请公开的一维伸缩机构简单可靠，通过齿轮齿条配合伸缩，实现了伸缩机构自由伸展和收缩，稳定度高，精度好，安全性高。
2.本申请采用转动平台的转动带动外壳11转动，通过外壳11带动维纳卫星1的三维姿态方向进行调整。
3.伸缩杆主体采用具有热膨胀系数小的材料制成，伸缩杆伸缩自如，摩擦系数小，伸缩杆采用闭合式杆套杆形式，刚度大，准直度好，热弯曲和变形小。
4.展开收回控制采用减速器连接电机驱动，展开过程稳定可控。
5.本申请涡流阻尼球4的石墨球具有抗磁特性，石墨球和磁内球相互作用，提供抗磁悬浮力，实现内外球无接触的相对转动，达到抑制卫星天平动的作用。阻尼效果不受轨道高度限制。
6.本申请中通过转动平台10转动实现外壳11与维纳卫星1间的角度转换。
附图说明
图1是本发明第一种方式的整体结构示意图，图中重力梯度伸缩杆安装在维纳卫星1一端示意图，图中外壳11安装在维纳卫星1内部，图中维纳卫星1上可根据要求安装两个重力梯度伸缩杆；
图2是本发明第二种方式的整体结构示意图，图中重力梯度伸缩杆通过转动平台10安装在维纳卫星1侧方的示意图；
图3是本发明重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构、传动机构7和外壳11连接示意图；
图4是本发明驱动电机组件9的电机输出轴驱动传动机构7示意图；
图5是本发明驱动电机组件9的电机输出轴通过两个锥齿轮驱动传动机构7示意图
图6是重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构和外壳11连接示意图；
图7是本发明的涡流阻尼球4示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，它包括重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构、传动机构7、驱动电机组件9和外壳11；重力梯度伸缩杆的一端通过外壳11安装在维纳卫星1上，伸缩杆驱动机构安装在重力梯度伸缩杆内，重力梯度伸缩杆的另一端与涡流阻尼球4固定连接，传动机构7安装在重力梯度伸缩杆上，驱动电机组件9与传动机构7连接并驱动传动机构7转动。驱动传动机构7带动重力梯度伸缩杆进行伸缩运动。
本实施方式中重力梯度伸缩杆和涡流阻尼球4用于卫星的重力梯度稳定，调整卫星对地面。
具体实施方式二：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，它还包括转动平台10，外壳11通过转动平台10与维纳卫星1连接。通过转动平台10带动外壳11在维纳卫星1上旋转，控制涡流阻尼球4和重力梯度伸缩杆的伸缩方向。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，重力梯度伸缩杆包括一级管体2-1、二级管体2-2和三级管体2-3；一级管体2-1、二级管体2-2和三级管体2-3由外向内依次同轴套装设置，外壳11套装在一级管体2-1上，一级管体2-1的底端固定安装有凸起平台，传动机构7安装在凸起平台上。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中一级管体2-1、二级管体2-2和三级管体2-3为圆筒形套叠杆，一级管体2-1、二级管体2-2和三级管体2-3和外壳11之间均留有空隙。一级管体2-1为有底结构，一级管体2-1底端的凸起平台加工有螺纹孔，传动机构7与凸起平台螺纹连接，通过传动机构7带动力梯度伸缩杆进行伸缩移动。一级管体2-1、二级管体2-2和三级管体2-3为石墨环氧树脂合成材料制成，石墨环氧树脂合成材料具有热膨胀系数小，摩擦系数小的特点。
具体实施方式四：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，传动机构7包括丝杠和限位块，丝杠螺纹连接安装在凸起平台上，且丝杠顶端固定安装有限位块。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中限位块与凸起平台配合实现锁止功能，并根据伸缩杆长度设置齿轮位置、齿条长度和丝杠长度及限位块位置，齿条具有两端为一小段与齿高同高度的结构，达到限制齿轮运动作用
具体实施方式五：结合图3-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，它还包括底座8，外壳11底端和凸起平台之间安装有底座8，丝杠的底端穿过外壳11底端和底座8设置。
凸起平台的中心线与一级管体2-1的中心线和丝杠的中心线重合设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图3-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，伸缩杆驱动机构包括第一齿条5-1、第二齿条5-2、第三齿条5-3、第四齿条5-4、第五齿条5-5、第六齿条5-6、第七齿条5-7、第八齿条5-8、第一齿轮6-1、第二齿轮6-2、第三齿轮6-3和第四齿轮6-4；外壳11的内侧壁上对称嵌装有第一齿条5-1和第二齿条5-2，第一齿条5-1和第二齿条5-2相对设置，二级管体2-2的外侧壁上对称嵌装有第五齿条5-5和第六齿条5-6，第五齿条5-5和第六齿条5-6背向相对设置，一级管体2-1的内侧壁上对称嵌装有第三齿条5-3和第四齿条5-4，第三齿条5-3和第四齿条5-4相对设置，三级管体2-3的外侧壁上对称嵌装有第七齿条5-7和第八齿条5-8，第七齿条5-7、第八齿条5-8背向相对设置，第一齿轮6-1和第二齿轮6-2相对设置在一级管体2-1的侧壁上，第三齿轮6-3和第四齿轮6-4相对设置在二级管体2-2的侧壁上，第一齿轮6-1设置在第一齿条5-1和第五齿条5-5之间并齿啮合设置，第二齿轮6-2设置在第二齿条5-2和第六齿条5-6之间并齿啮合设置，第三齿轮6-3设置在第三齿条5-3和第七齿条5-7之间并齿啮合设置，第四齿轮6-4设置在第四齿条5-4和第八齿条5-8之间并齿啮合设置，第一齿轮6-1、第二齿轮6-2、第三齿轮6-3和第四齿轮6-4沿圆周方向错开设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中齿轮和齿条配合用于传输动力，使伸缩杆达到自由伸长、收缩的效果，驱动电机组件9通过传动机构7将动力传递至丝杠，丝杠的旋转控制一级管体2-1上升或下降，伸缩杆内壁的第三齿轮6-3和第四齿轮6-4与第三齿条5-3、第四齿条5-4带动二级管体2-2和三级管体2-3重力梯度伸缩杆往复运动。
具体实施方式七：结合图3-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，第一齿轮6-1和第二齿轮6-2位置点的连线与第三齿轮6-3和第四齿轮6-4位置点的连线垂直设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图5说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，驱动电机组件9包括电机和两个锥齿轮，一个锥齿轮固定套装在电机输出轴上，另一个锥齿轮套装在丝杠的底端上，且两个锥齿轮齿啮合设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。丝杠的底部通过轴承与外壳11底板转动连接。
具体实施方式九：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，驱动电机组件9包括电机，丝杠的一端固定安装在电机输出轴上。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式十：结合图1、图2和图7说明本实施方式，本实施方式所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，涡流阻尼球4包括铝球4-1、橡皮球4-2、石墨球4-3、铜球4-4和内球4-5；内球4-5是由三根正交磁棒组成，铝球4-1、橡皮球4-2、石墨球4-3、铜球4-4和内球4-5由外向内依次套装设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中橡皮球4-2起到防震和补偿热膨胀的作用，内球4-5中每根磁棒的两块磁钢外端头具有相反的磁极性，在地球磁场的作用下，内球4-5跟踪地磁场，提供基准方位，当航天器做天平动运动时，内球4-5与星体固连的外球作相对运动，然后在铜球和铝球产生涡流力矩。热解石墨球4-3具有抗磁特性，石墨球4-3和磁内球相互作用，提供抗磁悬浮力，实现内外球无接触的相对转动，达到抑制卫星天平动的作用。此结构简单、可靠，阻尼效果不受轨道高度限制。
工作原理
工作时驱动电机组件9的电机转动驱动传动机构7的丝杠转动，丝杠转动时根据丝杠和凸起平台的螺纹旋转实现一级管体2-1相对于外壳11底板远离的方向移动，当一级管体2-1远离外壳11运动时，通过第一齿轮6-1转动并带动与第一齿轮6-1配合的第一齿条5-1和第五齿条5-5啮合实现齿啮合传动，第二齿轮6-2配合的第二齿条5-2和第六齿条5-6啮合实现齿啮合传动，并带动二级管体2-2相对于一级管体2-1实现伸出移动，二级管体2-2伸出的同时通过二级管体2-2上的第三齿轮6-3相对于三齿条5-3和第七齿条5-7以及第四齿轮6-4相对于第四齿条5-4和第八齿条5-8啮合实现齿啮合传动，并带动三级管体2-3实现伸出移动，当限位块与凸起平台接触时实现锁止功能。
当工作时驱动电机组件9的电机反向转动驱动两个锥齿轮啮合，丝杠转动时根据丝杠和凸起平台的螺纹旋转实现一级管体2-1相对于外壳11底板靠近方向的移动，当一级管体2-1靠近外壳11运动时，通过第一齿轮6-1转动并带动与第一齿轮6-1配合的第一齿条5-1和第五齿条5-5啮合实现齿啮合传动，第二齿轮6-2配合的第二齿条5-2和第六齿条5-6啮合实现齿啮合传动，并带动二级管体2-2相对于一级管体2-1实现收缩运动，二级管体2-2伸出的同时通过二级管体2-2上的第三齿轮6-3相对于三齿条5-3和第七齿条5-7以及第四齿轮6-4相对于第四齿条5-4和第八齿条5-8啮合实现齿啮合传动，并带动三级管体2-3实现收缩移动，当凸起平台与底座8接触时实现收回的目的。
Claims (10)
1.一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：它包括重力梯度伸缩杆、伸缩杆驱动机构、传动机构(7)、驱动电机组件(9)和外壳(11)；重力梯度伸缩杆的一端通过外壳(11)安装在维纳卫星(1)上，伸缩杆驱动机构安装在重力梯度伸缩杆内，重力梯度伸缩杆的另一端与涡流阻尼球(4)固定连接，传动机构(7)安装在重力梯度伸缩杆上，驱动电机组件(9)与传动机构(7)连接并驱动传动机构(7)转动。
2.根据权利要求1所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：它还包括转动平台(10)，外壳(11)通过转动平台(10)与维纳卫星(1)连接。
3.根据权利要求1所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：重力梯度伸缩杆包括一级管体(2-1)、二级管体(2-2)和三级管体(2-3)；一级管体(2-1)、二级管体(2-2)和三级管体(2-3)由外向内依次同轴套装设置，外壳(11)套装在一级管体(2-1)上，一级管体(2-1)的底端固定安装有凸起平台，传动机构(7)安装在凸起平台上。
4.根据权利要求3所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：传动机构(7)包括丝杠和限位块，丝杠螺纹连接安装在凸起平台上，且丝杠顶端固定安装有限位块。
5.根据权利要求4所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：它还包括底座(8)，外壳(11)底端和凸起平台之间安装有底座(8)，丝杠的底端穿过外壳(11)底端和底座(8)设置。
6.根据权利要求3、4或5所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：伸缩杆驱动机构包括第一齿条(5-1)、第二齿条(5-2)、第三齿条(5-3)、第四齿条(5-4)、第五齿条(5-5)、第六齿条(5-6)、第七齿条(5-7)、第八齿条(5-8)、第一齿轮(6-1)、第二齿轮(6-2)、第三齿轮(6-3)和第四齿轮(6-4)；外壳(11)的内侧壁上对称嵌装有第一齿条(5-1)和第二齿条(5-2)，第一齿条(5-1)和第二齿条(5-2)相对设置，二级管体(2-2)的外侧壁上对称嵌装有第五齿条(5-5)和第六齿条(5-6)，第五齿条(5-5)和第六齿条(5-6)背向相对设置，一级管体(2-1)的内侧壁上对称嵌装有第三齿条(5-3)和第四齿条(5-4)，第三齿条(5-3)和第四齿条(5-4)相对设置，三级管体(2-3)的外侧壁上对称嵌装有第七齿条(5-7)和第八齿条(5-8)，第七齿条(5-7)、第八齿条(5-8)背向相对设置，第一齿轮(6-1)和第二齿轮(6-2)相对设置在一级管体(2-1)的侧壁上，第三齿轮(6-3)和第四齿轮(6-4)相对设置在二级管体(2-2)的侧壁上，第一齿轮(6-1)设置在第一齿条(5-1)和第五齿条(5-5)之间并齿啮合设置，第二齿轮(6-2)设置在第二齿条(5-2)和第六齿条(5-6)之间并齿啮合设置，第三齿轮(6-3)设置在第三齿条(5-3)和第七齿条(5-7)之间并齿啮合设置，第四齿轮(6-4)设置在第四齿条(5-4)和第八齿条(5-8)之间并齿啮合设置，第一齿轮(6-1)、第二齿轮(6-2)、第三齿轮(6-3)和第四齿轮(6-4)沿圆周方向错开设置。
7.根据权利要求6所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：第一齿轮(6-1)和第二齿轮(6-2)位置点的连线与第三齿轮(6-3)和第四齿轮(6-4)位置点的连线垂直设置。
8.根据权利要求4所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：驱动电机组件(9)包括电机和两个锥齿轮，一个锥齿轮固定套装在电机输出轴上，另一个锥齿轮套装在丝杠的底端上，且两个锥齿轮齿啮合设置。
9.根据权利要求4所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：驱动电机组件(9)包括电机，丝杠的一端固定安装在电机输出轴上。
10.根据权利要求1所述一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构，其特征在于：涡流阻尼球(4)包括铝球(4-1)、橡皮球(4-2)、石墨球(4-3)、铜球(4-4)和内球(4-5)；内球(4-5)是由三根正交磁棒组成，铝球(4-1)、橡皮球(4-2)、石墨球(4-3)、铜球(4-4)和内球(4-5)由外向内依次套装设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311219346.6A CN117326098A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202311219346.6A CN117326098A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构 |
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| CN117326098A true CN117326098A (zh) | 2024-01-02 |
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Family Applications (1)
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| CN202311219346.6A Pending CN117326098A (zh) | 2023-09-20 | 2023-09-20 | 一种用于维纳卫星三维姿态指向的伸缩机构 |
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2023
- 2023-09-20 CN CN202311219346.6A patent/CN117326098A/zh active Pending
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