ES2335934T3 - Accionador para sistemas de guiado de equipos especiales con coeficiente de rotacion variable. - Google Patents

Abstract

Accionador para dispositivo de posicionamiento en rotación de un elemento móvil para equipo espacial que comprende una pieza (1) apta para ser sujetada a la parte fija de dicho equipo, un rodamiento del tipo de bolas o de rodillos, una palanca (6) destinada para accionar la parte móvil de dicho equipo y montada sobre un árbol de salida (2) soportado por un primer anillo de dicho rodamiento, comprendiendo el mencionado accionador un medio de entrada (10) móvil mecánicamente y siendo susceptible de transformar un movimiento del medio de entrada en un movimiento de rotación del árbol de salida (2) alrededor del eje de dicho rodamiento, estando el segundo anillo (3) de dicho rodamiento unido en rotación con la pieza (1), caracterizado porque un tope regulable (5) va sujetado al indicado segundo anillo (3) coopera con la palanca (6) de forma que limite angularmente la rotación relativa de los dos anillos de dicho rodamiento, y porque brazos flexibles (4) que unen el segundo anillo de dicho rodamiento y la pieza limitan el coeficiente de rotación del árbol de salida (2) en respuesta a un desplazamiento del medio de entrada (10) cuando la palanca (6) se apoya sobre el tope regulable (5).

Description

Accionador para sistemas de guiado de equipos espaciales con coeficiente de rotación variable.

El ámbito de la presente invención es el de los componentes de guiado para los equipos utilizados en las aplicaciones espaciales, tales como por ejemplo la fabricación de satélites, y en particular la de dispositivos de direccionado en rotación para apéndices espaciales.

En las aplicaciones espaciales es necesario poder orientar ciertos elementos de un satélite o de un vehículo espacial, tales como una antena, un mástil, etc., en una dirección predeterminada con el fin, por ejemplo de dirigirlos hacia una estrella fija, mantener un direccionado hacia un punto en la superficie de la tierra, o bien también barrer una zona particular en la superficie de la tierra o de un astro cualquiera. Estos posicionamientos deben ser frecuentemente corregidos para compensar inevitables derivas en el mantenimiento de esta dirección y estas múltiples correcciones llevan consigo la realización de un número importante de ciclos de micro-rotación para estos apéndices espaciales y para sus dispositivos de guiado.

Habida cuenta del carácter irreversible de la puesta en órbita de un satélite, es necesario prever en la concepción del ingenio espacial, una duración, medida en número de ciclos, muy importante para estos equipos, de forma que garantice su capacidad de resistir a estas numerosísimas solicitaciones.

Esta fase denominada de direccionado fino da lugar generalmente a una fase de despliegue, en el transcurso de la cual los apéndices espaciales son sacados del acondicionamiento que ha sido definido para el lanzamiento y se posicionan para asegurar su función. Incluso si en algunos casos se puede tener la necesidad de recurrir a despliegues múltiples, estos permanecen en número muy limitado (como máximo algunas decenas, incluso una centena) y no necesitan que los dispositivos de direccionado sean dimensionados para el despliegue de forma tan engorrosa para movimientos de direccionado fino.

Como estos equipos deben funcionar en el vacío espacial, se tropieza con un problema particular relacionado con la dificultad de asegurar una buena lubricación de las partes en contacto en estas rotaciones.

Las realizaciones anteriores, tal como se ha descrito particularmente en el documento FR 2.703.415, han tenido que elegir, para estos movimientos en rotación, entre sistemas a base de rodamientos, cojinetes, rótulas, o carril de bolas, etc., capaces de asegurar desplazamientos angulares de gran amplitud, y sistemas a base de componentes flexibles, sin contacto entre las piezas giratorias, pero que solo permiten desplazamientos angulares limitados.

Un dispositivo de posicionamiento ha sido sin embargo puesto a punto, que es capaz, con una misma motorización, de realizar movimientos angulares de gran amplitud con relativamente corta duración para una fase denominada de despliegue y de movimientos de poca amplitud con una duración muy grande para una fase denominada de direccionado fino.

Un dispositivo de este tipo se realiza, como se ha indicado en la figura 1, por un conjunto constituido por una pieza sujetada con la parte fija de un equipo espacial, unida a uno de los anillos de un rodamiento de bolas o de rodillos a través de una unión elástica en rotación alrededor del eje de rodamiento y por una palanca destinada para accionar la parte móvil del equipo, unida de forma rígida al otro anillo del rodamiento. Un tope va fijado a uno de los anillos del rodamiento para apoyarse contra un elemento sujetado de forma rígida al otro anillo, con el fin de limitar angularmente la rotación relativa de los dos anillos. El posicionamiento de este tope es regulable en rotación sobre su anillo soporte lo cual permite desplazar a voluntad la zona sobre la cual se realizará el direccionado fino. El despliegue se realiza accionando el rodamiento en rotación y el direccionado fino se realiza por deformación de la unión elástica, sin consumo de los ciclos de vida del rodamiento.

Ahora es conveniente arrastrar este dispositivo en rotación para asegurar las funciones de despliegue y de direccionado fino. El dispositivo de arrastre en cuestión debe poder desplegar un objeto, rápidamente en una gran amplitud (típicamente 180º) luego direccionarlo con precisión (típicamente algunas milésimas de grados en un margen de aproximadamente 6º). Para ello deben transformar un movimiento lineal continuo, de poca amplitud, producido generalmente por un accionador lineal, en un movimiento rotativo sin holgura, con fuerte capacidad de du-
ración.

Los dispositivos de arrastre generalmente utilizados en el ámbito de los satélites están constituidos bien sea por moto-reductores a base de un motor paso a paso asociado con un reductor del tipo "Harmonic Drive" ya sea por mecanismos compuestos por un motor paso a paso, por un engranaje y por un reductor de bandas.

Estos dispositivos no son satisfactorios por las razones siguientes: bien sea porque tienen una holgura interna que es incompatible con las precisiones o tiempos de duración requeridos (por ejemplo: engranaje), bien porque proponen un coeficiente de rotación satisfactorio para el direccionado, pero a costas de un tiempo de despliegue muy penalizador, o bien porque no proporcionar la precisión suficiente y necesitan entonces un sistema complementario de reducción del coeficiente de rotación en el direccionado (como por ejemplo una polea de radio evolutivo asociada con una correa) pero que resulta voluminosa y necesita recorridos lineales importantes.

La presente invención tiene por objeto remediar estos inconvenientes proponiendo un accionador capaz de arrastrar en rotación un dispositivo de posicionamiento del tipo del representado en la figura 1, y asegurar un posicionamiento en direccionado extremadamente preciso. Este accionador es capaz de generar, a partir de un recorrido lineal de entrada reducida, movimientos angulares de gran amplitud para la fase de despliegue y movimientos de poca amplitud para la fase de direccionado fino.

A este respecto, la invención tiene por objeto un accionador para dispositivo de posicionamiento en rotación de un elemento móvil para equipamiento espacial que comprende una pieza sujetada a la parte fija de dicho equipo, un rodamiento del tipo de bolas o de rodillos, una palanca destinada para accionar la parte móvil de dicho equipo y montada sobre un árbol de salida soportado por un primer anillo de dicho rodamiento, comprendiendo el indicado accionador un medio de entrada móvil mecánicamente y siendo susceptible de transformar un movimiento del medio de entrada en un movimiento de rotación del árbol de salida alrededor del eje de dicho rodamiento, caracterizado porque el segundo anillo de dicho rodamiento está unido en rotación con la pieza de dicho equipo, porque un tope regulable va fijado al indicado anillo y coopera con la mango con el fin de limitar angularmente la rotación relativa de los dos anillo de dicho rodamiento, y porque el coeficiente de rotación del árbol de salida en respuesta a un desplazamiento del medio de entrada es diferente según la palanca esté, o no, apoyada sobre el tope regulable.

Se puede así pasar de una rotación de gran amplitud cuando la palanca no se encuentra sobre el tope regulable a un movimiento de poca amplitud para un mismo desplazamiento lineal cuando la palanca se encuentra sobre el tope regulable. Se beneficia así del efecto de reducción que genera un pilotaje cómodo en fase de direccionado fino.

De forma preferencial el medio de entrada es una correa que circula alrededor de una polea de reenvío soportada por una platina montada en extensión radial sobre el segundo anillo.

Ventajosamente, el extremo libre de la platina es hecha retroceder por un medio elástico contra un tope fijo con relación a la estructura del equipo espacial.

Esto permite hacer inactivo el sistema de reducción del coeficiente de rotación utilizado en un direccionado fino, antes del contacto de la palanca sobre el tope regulable.

De forma preferencial el extremo libre de la platina se encuentra en contacto con el tope fijo cuando la palanca no está apoyada sobre el tope regulable y no está en contacto con el tope fijo cuando la palanca está apoyada sobre el tope regulable.

Esto permite asegurar el desacoplamiento entre los dos movimientos (despliegue y direccionado fino) asociando de forma biunívoca un movimiento a un modo de accionamiento de este movimiento.

En otro modo de realización particular la correa arrastra la palanca por acción directa sobre el árbol de salida.

Preferentemente, la correa arrastra la palanca por mediación de un sistema que desmultiplica la rotación de la polea de reenvío.

Esta configuración permite obtener un gran desplazamiento en el despliegue con un recorrido muy reducido del medio de entrada del accionador.

De forma preferente la polea de reenvío es una polea doble, circulando la correa por una primera polea y siendo la palanca arrastrada por mediación de una segunda correa que actúa sobre el árbol de salida y que circula por una segunda polea.

Ventajosamente, el segundo anillo de dicho rodamiento está unido en rotación con la pieza suplementada en la parte fija de dicho equipo por mediación de brazos flexibles.

La invención se comprenderá mejor, y otros fines, detalles, características y ventajas de esta aparecerán más claramente con el transcurso de la descripción explicativa detallada que sigue, de varios modos de realización de la invención dados a título de ejemplos puramente ilustrativos y no limitativos, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos.

En estos dibujos:

- La figura 1 es una vista frontal de un dispositivo de posicionamiento en rotación susceptible de ser movido en rotación por el accionador según la invención;

- La figura 2 es una vista frontal de un dispositivo de posicionamiento en rotación movido por un accionador según un primer modo de realización de la invención;

- La figura 3 es una vista similar a la figura 2, encontrándose el apéndice espacial al comienzo de una fase despliegue;

- La figura 4 es una vista similar a la figura 2, encontrándose el apéndice espacial al final de la fase de despliegue;

- La figura 5 es una vista similar a la figura 2, encontrándose el apéndice espacial en fase de direccionado fino;

- La figura 6 es una misma vista frontal de un dispositivo de posicionamiento en rotación movido por un accionador según un segundo modo de realización de la invención, encontrándose el apéndice espacial al comienzo de la fase de despliegue

- La figura 7 es una vista similar a la figura 6, encontrándose el apéndice espacial al final de la fase de despliegue;

- La figura 8 es una vista similar a la figura 6, encontrándose el apéndice espacial en fase de direccionado fino.

Haciendo referencia a la figura 1, se aprecia un dispositivo de posicionamiento en rotación susceptible de ser movido por un accionador según la invención que comprende una corona circular 1 unida al equipo del satélite en cuestión. Esta corona 1 está conectada por medio de los brazos flexibles 4 con una segunda corona circular 3 coaxial a la primera, formando anillo exterior de un rodamiento del tipo de bolas o de rodillos. El anillo interior de dicho rodamiento lleva un árbol de salida 2 sobre el cual va fijado, por medio de una palanca de unión 6, una pieza (no representada) de conducción en rotación de la parte móvil del equipo del satélite en cuestión.

Sobre el anillo exterior del rodamiento va fijado un tope regulable 5 sobre el cual hace tope la palanca 6, con el fin de impedir la rotación del árbol de salida 2 más allá de esta posición de tope.

Haciendo referencia a la figura 2, se aprecia el accionador del dispositivo de posicionamiento en rotación que comprende una pista de arrastre para correa 7 soportada por el árbol de salida 2, una platina 9 soportada por el anillo exterior 3 del rodamiento, que se extiende radialmente por el indicado anillo exterior, y una polea 8, denominada polea de reenvío, soportada por esta platina y libre en rotación, sobre la cual coexisten dos pistas de arrastre para correa. Una correa 10, accionada por un motor lineal no representado, se desplaza, por una primera parte, sobre una primera pista de la polea de reenvío 8, hasta la pista de arrastre 7 del árbol de salida al cual está preferentemente sujetada. Su segunda parte, retorna seguidamente hacia el motor lineal por medio de la segunda pista de arrastre de la polea de reenvío 8. El extremo libre 11 de la platina 9 es empujado por un muelle 12, unido a la estructura del equipo del satélite en cuestión, en dirección a un tope fijo 13 con relación a la estructura del equipo.

Haciendo referencia a las figuras 3 a 5, se aprecia la palanca 6 en las posiciones A, B y C que corresponden respectivamente a las posiciones de comienzo del despliegue, de final de despliegue y de desplazamiento en la zona de direccionado fino. La zona Z indica el desplazamiento permitido a la palanca 6 por la flexibilidad de los brazos 4 cuando el indicado mango 6 se encuentra en contacto con el tope regulable 5, es decir cuando el dispositivo se encuentra en pase de direccionado fino.

Haciendo referencia a las figuras 6 a 8, se aprecia un segundo modo de realización de la invención. Los elementos del accionador idénticos al primer modo de realización están designados por las mismas cifras de referencia y no se describen de nuevo. Se aprecia aquí, igualmente, la palanca 6 en las posiciones A, B y C que corresponden respectivamente a las posiciones de comienzo de despliegue, de final de despliegue y de desplazamiento en la zona de direccionado fino, y una zona Z de desplazamiento posible de la palanca en el transcurso del direccionado fino. La polea 8 es una polea doble compuesta por dos poleas o secciones de polea 8A y 8B de diámetros diferentes. La correa 10 pasa por la polea 8A y retorna directamente hacia el motor lineal. Una segunda correa 20 conecta la segunda polea 8B, a la cual está unida, con la pista de arrastre 7 del árbol de salida 2. Lo mismo que anteriormente, el extremo libre 11 de la platina 9 es empujado por un muelle 12 en dirección a un tope fijo 13.

Se describirá ahora el funcionamiento de la invención en una fase de despliegue del equipo en cuestión del satélite seguida de la una fase de direccionado fino.

Al comienzo el equipo en cuestión del satélite se encuentra en una posición de espera representada por la palanca 6 en la posición A (figura 3). Esta palanca debe ser llevada a la zona Z, comprendida entre las posiciones B y C, de forma que el equipo en cuestión del satélite pueda asegurar su función de direccionado en una dirección determinada o de barrido de una zona terrestre. La extensión de la zona Z es definida por el experto en la materia, en la concepción del dispositivo de posicionamiento en rotación, con el fin de obtener una amplitud suficiente para cubrir las fluctuaciones para que se produzcan en la dirección que se pretende seguir.

En su utilización, previamente a cualquier despliegue, la zona Z es posicionada, por el operador antes del lanzamiento o puesta en órbita por cualquier sistema automático o teledirigido previsto a este efecto, por el desplazamiento del tope regulable 5 frente a la dirección o de la zona a cubrir.

El motor lineal es accionado para desplazar la correa 10 en el sentido de las flechas que figuran en la figura 2. Esta correa 10 pasa por la primera pista de la polea de reenvío 8 y arrastra el árbol de salida 2 en rotación por mediación de la pista de arrastre 7. El desplazamiento de la correa arrastra la rotación de la palanca 6 de la posición A a la posición B. Al final del despliegue (figura 4), es decir cuando la rotación de esta parte móvil ha alcanzado el punto donde la palanca 6 se pone en contacto con el tope regulable 5, el rodamiento se inmoviliza y sus dos anillos permanecen a continuación fijos uno con relación al otro.

La rotación del elemento móvil del equipo en cuestión puede sin embargo continuarse más allá de esta posición gracias a la flexibilidad de los brazos 4 situados entre el rodamiento y la parte fija del equipo en cuestión.

En respuesta a la solicitación de un dispositivo de guiado (no representado), conforme a las necesidades del equipo del satélite en cuestión, el motor lineal continua su acción para posicionar el elemento móvil del equipo en cuestión en la dirección precisa deseada. De este modo empuja en rotación el conjunto monobloque constituido en adelante por el árbol de salida 2, la palanca 6, el anillo exterior 3 del rodamiento y la platina 9 que lleva la polea de reenvío 8. Simultáneamente el extremo libre 11 se despega del tope fijo 13, comprimiendo el muelle de retroceso 12 (figura 5), y deforma los brazos flexibles 4 hasta que la dirección deseada sea alcanzada.

Bajo la acción del dispositivo de guiado y de los desplazamientos de correa accionados en los dos sentidos por el motor lineal, la posición de la palanca es pilotada en el interior de la zona Z con el fin de cumplir la misión de direccionado fino necesitada por el equipo del satélite en cuestión, sin que el rodamiento sea por sí mismo solicitado en rotación.

En caso de una demanda de repliegue del equipo en cuestión el motor lineal es accionado en el sentido inverso a las flechas de la figura 2. Bajo la acción del muelle de retroceso 12 el extremo libre 11 de la platina se apoya sobre el tope fijo 13 lo cual detiene la rotación de la platina 9 y desolidariza la palanca 6 del tope regulable 5. Los brazos flexibles 4 se ponen fuera de flexión y la rotación de la palanca 9 se continúa hasta que alcance la posición A de repliegue.

Un accionador de este tipo permite, como se requiere para la resolución del problema técnico asociado con la invención, realizar algunos movimientos de gran amplitud de las fases de despliegue accionando el rodamiento de bolas o de rodillos y los numerosos movimientos de poca amplitud requeridos en la fase de direccionado fino mediante la deformación de los brazos flexibles. Debido a que todos los pequeños movimientos son realizados sin utilización del rodamiento este es poco solicitado y solo consume un número limitado de ciclos de funcionamiento en su duración. Esta es entonces compatible con la de un satélite, incluso si las condiciones de lubricación en el espacio no son óptimas. Por el contrario los pequeños movimientos se realizan sin recurrir a piezas que entren en contacto entre sí, que no necesitan así lubricación. La duración del dispositivo de direccionado fino, medida en número de ciclos de funcionamiento, es entonces relativamente grande.

Una característica esencial del accionador según la invención es la función del reductor variable en rotación que asegura según funcione en la modalidad de despliegue o en la modalidad de direccionado fino.

En efecto cuando el accionador funciona en la modalidad de despliegue el par que produce la rotación de la palanca 6 es proporcionado por la acción de la correa 10 que gira alrededor del eje del árbol de salida 2. El brazo de la palanca es igual al diámetro r de este árbol de salida, como se ha indicado en la figura 4. Por el contrario cuando el accionador funciona en la modalidad de direccionado fino, el par es proporcionado por la rotación del conjunto monobloque árbol de salida 2 -anillo exterior 3- platina 9 alrededor del mismo árbol de salida 2. El brazo de la palanca manifestado por la correa es entonces igual a la distancia R representada en la figura 5.

Para un mismo desplazamiento lineal elemental L de la correa el desplazamiento angular del árbol de salida 2 tiene, en la modalidad de despliegue, un valor \Omega tal que L = r \Omega y, en el modo de direccionado fino, un valor \omega tal que L=R \omega. Debido a que r es muy inferior a R, la rotación \omega es muy inferior a \Omega. La sensibilidad del pilotaje de la rotación por el motor lineal, caracterizada por el bajo valor del ángulo \omega obtenido para un desplazamiento L dado, se incrementa entonces considerablemente. Un accionador de este tipo permite así una precisión de posicionamiento compatible con las necesidades de direccionado de los equipos de los satélites.

El funcionamiento del accionador según el segundo modo de realización es similar al primer modo. El desplazamiento de la correa arrastra las poleas 8A y 8B en rotación. La polea 8B arrastra en rotación la segunda correa 20 que acciona, como anteriormente, la rotación del árbol de salida 2 por mediación de la pista de arrastre 7.

La ventaja aportada por este modo de realización particular es una desmultiplicación de la rotación del árbol de salida en la fase de despliegue, en la relación de los radios de las dos poleas 8A y 8B. El despliegue del apéndice espacial en cuestión, desde la posición A a la posición B, puede ser realizado por un desplazamiento lineal de la correa 10 mucho más corto. El funcionamiento del accionador en fase de direccionado fino es, en cuanto a el, idéntico al modo de realización precedente.

Aunque la invención haya sido descrita en relación con varios modos de realización particulares, es evidente que la misma no está limitada en modo alguno a ellos y que la misma comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos así como sus combinaciones si estas entran en el marco de la invención.

Claims (9)

1. Accionador para dispositivo de posicionamiento en rotación de un elemento móvil para equipo espacial que comprende una pieza (1) apta para ser sujetada a la parte fija de dicho equipo, un rodamiento del tipo de bolas o de rodillos, una palanca (6) destinada para accionar la parte móvil de dicho equipo y montada sobre un árbol de salida (2) soportado por un primer anillo de dicho rodamiento, comprendiendo el mencionado accionador un medio de entrada (10) móvil mecánicamente y siendo susceptible de transformar un movimiento del medio de entrada en un movimiento de rotación del árbol de salida (2) alrededor del eje de dicho rodamiento, estando el segundo anillo (3) de dicho rodamiento unido en rotación con la pieza (1), caracterizado porque un tope regulable (5) va sujetado al indicado segundo anillo (3) coopera con la palanca (6) de forma que limite angularmente la rotación relativa de los dos anillos de dicho rodamiento, y porque brazos flexibles (4) que unen el segundo anillo de dicho rodamiento y la pieza limitan el coeficiente de rotación del árbol de salida (2) en respuesta a un desplazamiento del medio de entrada (10) cuando la palanca (6) se apoya sobre el tope regulable (5).

2. Accionador según la reivindicación 1, en el cual el medio de entrada (10) es una correa que circula alrededor de una polea de reenvío (8) soportada por una platina (9) montada en extensión radial sobre el segundo anillo (3).

3. Accionador según la reivindicación 2, en el cual el extremo libre (11) de la platina (9) es retrocedida por un medio elástico contra un tope (13) fijo con relación a la estructura del equipo espacial.

4. Accionador según la reivindicación 3, en el cual el extremo libre (11) de la platina (9) se encuentra en contacto con el tope fijo (13) cuando la palanca (6) no está apoyada sobre el tope regulable (5) y no está en contacto con el tope fijo (13) cuando la palanca (6) se apoya sobre el tope regulable (5).

5. Accionador según una de las reivindicaciones 2 a 4, en el cual la correa (10) arrastra la palanca (6) por acción directa sobre el árbol de salida (2).

6. Accionador según una de las reivindicaciones 2 a 4, en el cual la correa (10) arrastra la palanca (6) por mediación de un sistema que desmultiplica la rotación de la polea de reenvío (8).

7. Accionador según la reivindicación 6, en el cual la polea de reenvío (8) es una polea doble, circulando la correa (10) por una primera polea 8A y en el cual la palanca (6) es arrastrada por mediación de una segunda correa (20) que actúa sobre el árbol de salida (2) y que circula sobre la segunda polea 8B.

8. Sistema de guiado para equipamiento espacial que comprende un accionador para dispositivo de posicionamiento en rotación de un elemento móvil según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Equipo espacial que comprende un sistema de guiado según la reivindicación 8.