CN117963162A - 一种高折展比的折展机构、折展装置及其卫星平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高折展比的折展机构、折展装置及其卫星平台，包括主动连杆折展机构和从动连杆折展机构，主动连杆折展机构包括转动连接的上、下摇杆，下摇杆设置有用于提供原动力的热致变形旋转驱动关节，热致变形旋转驱动关节固定于下主动杆固定块，从动连杆折展机构包括转动连接的上、下从动杆，上主动杆固定块与上顶板固定连接，下主动杆固定块与下底板相连。本发明结构简单可靠、整体可压缩折叠、具有较高的折展比高，同时整个结构对驱动关节的转角要求较低，有效解决了形状记忆合金驱动机构大变形与高承载的矛盾问题，满足了卫星高折展比骨架机构运载过程中整体可极致压缩、部署后可在轨展开的需求。

Description

一种高折展比的折展机构、折展装置及其卫星平台

技术领域

本发明涉及一种折展机构、折展装置及其卫星平台，尤其涉及一种高折展比的折展机构、折展装置及其卫星平台。

背景技术

卫星是人类实现太空探索的重要手段，为实现批量化发射与大规模部署，同时适应发射与运载过程的恶劣力学环境，需压缩卫星体积以便在有限的整流罩空间下灵活部署多个卫星，但现在的卫星平台和折展机构并不能完全满足高折展比的要求，亟需得到改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高折展比的折展机构、折展装置及其卫星平台，提供高折展比，不牺牲或弱化卫星功能，使卫星在发射运载过程中能够极致压缩，在轨后能有序展开，并实现与传统构型卫星等效的任务执行能力，解决现有技术存在的不足。

本发明提供了下述方案：

一种高折展比的折展机构，包括主动连杆折展机构和从动连杆折展机构，主动连杆折展机构包括转动连接的上摇杆和下摇杆，上摇杆远离下摇杆的一端与一个上主动杆固定块转动连接，下摇杆远离上摇杆的一端设置有用于提供原动力的热致变形旋转驱动关节，所述热致变形旋转驱动关节固定于下主动杆固定块，从动连杆折展机构包括转动连接的上从动杆和下从动杆，上从动杆远离下从动杆的一端与一个上从动杆固定块转动连接，下从动杆远离上从动杆的一端与一个下从动杆固定块转动连接，上主动杆固定块与一个上顶板固定连接，下主动杆固定块与一个下底板固定连接。

进一步的，在热致变形旋转驱动关节中堆叠设置有形状记忆合金片，热致变形旋转驱动关节的输出轴与下曲柄相连，所述下曲柄与下连杆的一端转动连接，所述下连杆的另一端与所述下摇杆转动连接，所述下曲柄与下主动杆固定块转动连接，下主动杆固定块与热致变形旋转驱动关节固定连接。

进一步的，所述热致变形旋转驱动关节包括多个形状记忆合金片，形状记忆合金片在热致变形旋转驱动关节的轴向方向上同轴堆叠布置，单个形状记忆合金片包括外圈和内圈，在外圈和内圈之间呈放射状均匀分布有波纹条带。

进一步的，形状记忆合金片为圆盘状，在形状记忆合金片的中部设置有方形轴孔，热致变形旋转驱动关节具有用于容纳多个形状记忆合金片的腔体，在腔体两端分别设置有前盖和后盖。

进一步的，所述主动连杆折展机构中还包括上曲柄和上连杆，所述上曲柄一端与所述上主动杆固定块转动连接，另一端与上连杆的一端转动连接，所述上连杆的另一端与上摇杆转动连接。

进一步的，所述转动连接为杆-推力轴承-杆的形式，并采用子母对锁作为转轴，在下摇杆的内侧设置有摇杆中部限位台，下摇杆的端部设置有摇杆端部限位台，在下从动杆的内侧设置有从动杆中部限位台，下从动杆的端部设置有从动杆端部限位台。

一种折展装置，所述折展装置中包括所述的高折展比的折展机构。

进一步的，还包括在上顶板和下底板之间周向布置的柔性散热膜。

进一步的，折展装置包括至少一个主动连杆折展机构，以及多个从动连杆折展机构，主动连杆折展机构和从动连杆折展机构在上顶板和下底板之间均匀布置。

一种卫星平台，所述卫星平台中包括所述的折展装置。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明通过热致变形旋转驱动关节提供动力，经曲柄连杆机构后将转动角度放大，带动下摇杆和上摇杆相对转动，使上顶板和下底板之间的距离增大，折展机构从压缩状态过渡到展开状态，实现高折展比。

本发明结构简单可靠、整体可压缩折叠、具有较高的折展比，同时整个结构对驱动关节的转角要求较低，有效解决了形状记忆合金驱动机构大变形与高承载之间的矛盾问题，满足了卫星高折展比骨架机构运载过程中整体可极致压缩、部署后可在轨展开的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是高折展比的折展机构的立体结构图。

图1a是图1中折展机构原动力部位的局部放大图。

图2是高折展比的折展机构的正视结构图。

图3是另一个视角的高折展比的折展机构的结构图。

图4是包括散热膜的折展装置的结构图。

图5是热致变形旋转驱动关节的分解图。

图6是热致变形旋转驱动关节的原理图。

图7是另一视角的主动连杆折展机构和从动连杆折展机构的结构图。

图8是折展机构的压缩状态图。

图9是折展机构的过渡状态图。

图10是折展机构的伸展状态图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出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。

附图标记说明：

下底板1、上顶板2、柔性散热膜3、下主动杆固定块4、热致变形旋转驱动关节5、下曲柄6、上曲柄7、上主动杆固定块8、上连杆9、上摇杆10、下摇杆11、下连杆12、下从动杆固定块13、下从动杆14、上从动杆15、上从动杆固定块16、形状记忆合金片50、前盖51、后盖52、腔体53、输出轴孔54、输出轴55、摇杆中部限位台111、摇杆端部限位台112、从动杆中部限位台141、从动杆端部限位台142、外圈501、内圈502

如图1至图4所示的高折展比的折展机构，主动连杆折展机构包括转动连接的上摇杆10和下摇杆11，上摇杆10远离下摇杆11的一端与一个上主动杆固定块8转动连接，下摇杆11远离上摇杆10的一端设置有用于提供原动力的热致变形旋转驱动关节5，热致变形旋转驱动关节5固定连接于下主动杆固定块4，从动连杆折展机构包括转动连接的上从动杆15和下从动杆14，上从动杆15远离下从动杆14的一端与一个上从动杆固定块16转动连接，下从动杆14远离上从动杆15的一端与一个下从动杆固定块13转动连接，上从动杆固定块16与一个上顶板2固定连接，下主动杆固定块4与一个下底板1相连。主动连杆折展机构中还包括上曲柄7和上连杆9，上曲柄7一端与上主动杆固定块8转动连接，另一端与上连杆9的一端转动连接，上连杆9的另一端与上摇杆10转动连接。主动连杆折展机构能够根据需求做出与本实施例不同的变形，通过调整各杆件的尺寸，改变热致变形旋转驱动关节转角放大倍数，使整个折展机构的折展比具备可调节性。

在本实施例中，热致变形旋转驱动关节5由多个形状记忆合金片50交错堆叠后封装而成，热致变形旋转驱动关节5提供原动力，即热致变形旋转驱动关节5是原动件，提供产生动力的原动力。其中，形状记忆合金片50加热时其波纹条带结构收缩，在波纹条带收缩力的驱动下多个记忆合金片的内、外圈相对转动，并通过输出轴孔54带动输出轴55输出扭矩，驱动连杆机构运动。

在热致变形旋转驱动关节5中堆叠设置有形状记忆合金片50，热致变形旋转驱动关节5固定连接在下主动杆固定块4上，热致变形旋转驱动关节5的输出轴55与下曲柄6相连，下曲柄6与下连杆12的一端转动连接，下连杆12的另一端与下摇杆11转动连接，下曲柄6与下主动杆固定块4转动连接。主动连杆折展机构的下曲柄6在热致变形旋转驱动关节5的输出轴55的带动下，经由下连杆12和下摇杆11组成的主动连杆机构将转动角度放大，带动下摇杆11和上摇杆10相对转动，从而使上顶板2和下底板1之间的距离增大，实现所述高折展比机构从压缩状态过渡到展开状态。

例如，在一个可能的实施例中，热致变形旋转驱动关节采用形状记忆合金组件及旋转驱动器的形式，记载于中国发明专利《一种形状记忆合金片、形状记忆合金组件及旋转驱动器》(申请号：2023114347100，申请日2023年10月31日)。在这个可能的实施例中，通过形状记忆合金片、形状记忆合金组件或旋转驱动器，并结合连杆机构实现了对折展机构的控制，通过达到与本发明其他实施例基本相同的技术效果，限于篇幅不再进行赘述。

如图5和图6所示，在热致变形旋转驱动关节5中堆叠设置有形状记忆合金片50，热致变形旋转驱动关节5的输出轴55与下曲柄6相连，下曲柄6与下连杆12的一端转动连接，下连杆12的另一端与下摇杆11转动连接。热致变形旋转驱动关节5包括多个圆盘状的形状记忆合金片50，形状记忆合金片50在热致变形旋转驱动关节的轴向方向上同轴堆叠布置，热致变形旋转驱动关节具有用于容纳多个形状记忆合金片50的腔体，在腔体两端分别设置有前盖51和后盖52，前盖51、后盖52和腔体形成了半封闭的框架。单个形状记忆合金片50包括外圈501和内圈502，在外圈501和内圈502之间呈放射状均匀分布有波纹条带。在外圈501和内圈502之间的波纹条带均为弯曲状。

由热致变形旋转驱动关节5的原理图可以看出，热致变形旋转驱动关节5的变形原理是基于形状记忆合金片50，形状记忆合金片50是一种具有形状记忆能力的特殊合金材料，金属材料内部的晶格结构具有两种稳定状态，在不同的温度下会形成不同的形状，在受到外界刺激(例如温度变化)时能够发生形状变化。在加热后形状记忆合金片50会发生变形，通过输出轴孔54带动输出轴55同步旋转。由于输出轴孔54是方形轴孔，输出轴55的两端为与该方形轴孔对应匹配的连接端，所以输出轴孔54和输出轴55之间不会发生相对运动，而是同步旋转，输出轴55旋转的同时向下曲柄6输出扭矩，带动下曲柄6转动，主动连杆折展机构随之展开，从动连杆折展机构在主动连杆折展机构的带动下进行同步运动，上从动杆15和下从动杆14是转动连接关系，可以产生相对转动，从动连杆折展机构跟随上顶板2和下底板1沿指定方向展开，整个折展从压缩状态过渡到展开状态。

可以看出，本实施例的技术效果在于：主动连杆折展机构的下曲柄6在热致变形旋转驱动关节5输出扭矩的带动下经由下连杆12和下摇杆11组成的连杆机构产生转角放大效应，带动下摇杆11和上摇杆10相对转动，从动连杆折展机构在主动连杆折展机构的带动下，上从动杆15和下从动杆14相对转动，从而使上顶板2和下底板1之间的距离增大，折展装置在折展机构的折展过程中沿指定方向展开，实现折展装置从压缩状态过渡到展开状态。

热致变形旋转驱动关节5为形状记忆合金片50堆叠形成的旋转驱动关节，能够利用如电加热等方式控制其变形，通过转轴输出扭矩驱动高折展比机构展开，驱动关节的形状记忆合金片50采用错位堆叠的方式，保证转动过程平稳，有效降低形状记忆合金变形时的大冲击效应。

在本实施例中，高折展比机构中相对转动的部位采用杆-推力轴承-杆的形式，并采用子母对锁作为转轴，在杆与转轴之间增加角接触球轴承，减小杆与转轴之间相对转动的摩擦力，其中推力轴承可根据是否需双向展开收缩选择普通双向推力轴承或者单向推力轴承。

如图7所示，在下摇杆11的内侧设置有摇杆中部限位台111，下摇杆11的端部设置有摇杆端部限位台112，在下从动杆14的内侧设置有从动杆中部限位台141，下从动杆14的端部设置有从动杆端部限位台142。通过在摇杆、从动杆的内侧和端部分别设置机械运动限位台，能够保证机械运动位置的准确性，防止机构展开或收缩过度。

如图8至图10所示的折展机构的不同状态图，图8是折展机构的初始压缩状态图，在图中折展机构处于初始压缩状态，该状态下热致变形旋转驱动关节5未加热，处于初始状态，下曲柄6和下连杆12的铰接处的外圆面与上顶板2相切，上摇杆10和下摇杆11中部的机械限位处重合，此时整个高折展比机构的高度最小，处于压缩状态。

图9是折展机构的过渡状态图，在图中折展机构处于中间过渡状态，该状态下热致变形旋转驱动关节5加热后转轴转动，从而驱动下曲柄6，并通过下连杆12带动下摇杆11与上摇杆10产生相对转动，下摇杆11与上摇杆10之间的夹角慢慢增大，同时在所述从动连杆折展机构的约束下，所述高折展比机构沿高度方向(即Z向)展开，此时所述高折展比机构处于过渡状态。

图10是折展机构的伸展状态图，图中的折展机构处于完全展开状态，该状态下热致变形旋转驱动关节5在加热后转动到指定位置，下摇杆11与上摇杆10互相平行，上摇杆10与下摇杆11端部的机械限位处重合，同时从动连杆折展机构的上从动杆与下从动杆端部的机械限位处重合，高折展比机构沿高度方向即Z向完全展开，此时高折展比机构的高度最大，处于完全展开状态。

本发明在折展机构的基础之上，还提供了与之对应的折展装置和卫星平台，折展机构具有高折展比，折展装置中包括该具有高折展比的折展机构，还包括在上顶板和下底板之间周向布置的柔性散热膜3，折展装置包括至少一个主动连杆折展机构，以及多个从动连杆折展机构，主动连杆折展机构和从动连杆折展机构在上顶板和下底板之间周向分布，均匀布置，有效防止了展开过程中整个折展机构产生扭转变形，保证折展机构按照预期沿指定方向展开。示例性的，折展装置中的上摇杆10、上曲柄7和上连杆9以及上主动杆固定块8，组成了四杆机构，增加了上摇杆10的稳定性，其中上曲柄7可根据需要替换成类似下曲柄的主动驱动结构，增强整个结构的承载能力。

本发明公开的卫星平台，包括上述实施例公开的折展机构及其折展装置。本实施例的卫星平台可适应用于可展开式卫星及应用产业，例如卫星地面设备、先进卫星平台，等等。通过在卫星平台中设置高折展比的折展机构及其折展装置，能够实现卫星平台的高折展比，可应用于智能变形卫星平台主承力骨架结构，实现卫星运载过程极致压缩、在轨后有序展开并实现与传统构型卫星等效的任务执行能力。热致变形旋转驱动关节相比于主流驱动装置具有输出扭矩大、承载能力强的特点，同时主动连杆折展机构能够根据需求，通过调整各杆件的尺寸实现热致变形旋转驱动关节转角放大倍数，以及使整个折展机构的折展比具有可调节性，极大地拓宽了该结构的实际应用场景。高折展比机构中相对转动的部位采用杆-推力轴承-杆的形式，并采用子母对锁作为转轴，在杆与转轴之间增加角接触球轴承，可以显著减小杆与杆之间相对转动时的摩擦力，使高折展比机构展开时阻力更小，展开过程更加顺利。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如：在权利要求书中所要求保护的实施例的任意之一都可以以本发明实施例以任意的组合方式来使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

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之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种高折展比的折展机构，其特征在于，包括主动连杆折展机构和从动连杆折展机构，主动连杆折展机构包括转动连接的上摇杆和下摇杆，上摇杆远离下摇杆的一端与一个上主动杆固定块转动连接，下摇杆远离上摇杆的一端设置有用于提供原动力的热致变形旋转驱动关节，所述热致变形旋转驱动关节固定于下主动杆固定块，从动连杆折展机构包括转动连接的上从动杆和下从动杆，上从动杆远离下从动杆的一端与一个上从动杆固定块转动连接，下从动杆远离上从动杆的一端与一个下从动杆固定块转动连接，上主动杆固定块与一个上顶板固定连接，下主动杆固定块与一个下底板固定连接。

2.根据权利要求1所述的高折展比的折展机构，其特征在于，在热致变形旋转驱动关节中堆叠设置有形状记忆合金片，热致变形旋转驱动关节的输出轴与下曲柄相连，所述下曲柄与下连杆的一端转动连接，所述下连杆的另一端与所述下摇杆转动连接，所述下曲柄与下主动杆固定块转动连接，下主动杆固定块与热致变形旋转驱动关节固定连接。

3.根据权利要求1所述的高折展比的折展机构，其特征在于，所述热致变形旋转驱动关节包括多个形状记忆合金片，形状记忆合金片在热致变形旋转驱动关节的轴向方向上同轴堆叠布置，单个形状记忆合金片包括外圈和内圈，在外圈和内圈之间呈放射状均匀分布有波纹条带。

4.根据权利要求3所述的高折展比的折展机构，其特征在于，形状记忆合金片为圆盘状，在形状记忆合金片的中部设置有方形轴孔，热致变形旋转驱动关节具有用于容纳多个形状记忆合金片的腔体，在腔体两端分别设置有前盖和后盖。

5.根据权利要求1所述的高折展比的折展机构，其特征在于，所述主动连杆折展机构中还包括上曲柄和上连杆，所述上曲柄一端与所述上主动杆固定块转动连接，另一端与上连杆的一端转动连接，所述上连杆的另一端与上摇杆转动连接。

6.根据权利要求1所述的高折展比的折展机构，其特征在于，所述转动连接为杆-推力轴承-杆的形式，并采用子母对锁作为转轴，在下摇杆的内侧设置有摇杆中部限位台，下摇杆的端部设置有摇杆端部限位台，在下从动杆的内侧设置有从动杆中部限位台，下从动杆的端部设置有从动杆端部限位台。

7.一种折展装置，其特征在于，所述折展装置中包括权利要求1至6中任一项所述的高折展比的折展机构。

8.根据权利要求7所述的折展装置，其特征在于，还包括在上顶板和下底板之间周向布置的柔性散热膜。

9.根据权利要求8所述的折展装置，其特征在于，折展装置包括至少一个主动连杆折展机构，以及多个从动连杆折展机构，主动连杆折展机构和从动连杆折展机构在上顶板和下底板之间均匀布置。

10.一种卫星平台，其特征在于，所述卫星平台中包括权利要求7或8或9所述的折展装置。