JP4247757B2

JP4247757B2 - Space expansion structure

Info

Publication number: JP4247757B2
Application number: JP2000051780A
Authority: JP
Inventors: 昭夫辻畑; 明宏宮坂; 清隆内丸; 太郎丸山
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; NEC Space Technologies Ltd
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; NEC Space Technologies Ltd
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001239999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば人工衛星等に搭載されてなるパラボラアンテナの支持構造物や大型宇宙構造物に用いられる宇宙展開構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
宇宙空間に大型の構造物を構築する場合、現在ではスペースシャトルや宇宙ステーション・ミールに於いて宇宙飛行士が作業を行う方式が採用されているが、これらの方式では人的被害を考慮する必要性があると共にコストも高くつくという欠点を有し、また作業期間の制約や構築構造物サイズの制約を受けることもあり得る。
【０００３】
このため、昨今では、宇宙空間に大型構造物を構成する方式として、モータ等の駆動力によって展開構造体を折畳み状態から展開させて宇宙展開構造物を形成する構成のものが国内外で研究されている。
【０００４】
このような宇宙展開構造物としては、既に特公平８−２５５５４８７号や特公平８−２５６７１６４号同じく特公平８−２５６７１９２号等が知られている。
【０００５】
ところが、上記宇宙展開構造物にあっては、いずれもロケットへの搭載性を考慮して折り畳みによる収納効率の向上を目指したものや軽量化のために構成部材の数を減少させると言ったような単一性能の向上を目的として構成されたものであり、その折畳み展開動作の信頼性の要請を満足したうえで、その重量の要請を満足することが困難なものである。
【０００６】
例えば、具体的には、宇宙展開構造物を構成する展開構造体の折畳み展開を行う駆動手段として、駆動モータ等を用いた駆動源によりワイヤー部材及びプーリを用いたワイヤ機構を駆動制御して展開構造体の折畳み展開を行うように構成することにより、駆動モータの小形化を図ったうえで、確実な動作制御を実現するように構成したものがある。
【０００７】
しかしながら、上記ワイヤ機構を用いた宇宙展開構造物では、折畳み展開動作の信頼性の向上を図ると、駆動モータの駆動力を高めなければならないために、駆動モータが大形となり、重量の増加を招くという問題を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の宇宙展開構造物では、いずれのものも、宇宙開発の分野で要請される動作制御の信頼性を図ったうえで、小形化の要請を満足するのが困難であるという問題を有する。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、信頼性の高い高精度な折畳み展開動作を実現し得、且つ、小形・軽量化の促進を図り得るようにした宇宙展開構造物を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、第１から第４の四辺部材の端部を回転自在に四辺形状に結合した四辺構造を、前記第１の四辺部材を中央縦部材として共有して放射状に複数個組合わせ、この四辺構造の一方の対角線間に、中間部が回転自在に折れ曲がり自在に連接される第１及び第２の斜部材を架設し、前記中央縦部材に沿って直線駆動される駆動制御部を介して折畳み展開される展開トラスと、この展開トラスを複数個、折畳み展開自在に組み合わせ結合したトラス結合体と、ワイヤ部材の一端部が前記トラス結合体の複数の展開トラスの駆動制御部に係止されるものであって、前記ワイヤ部材の中間部がプーリに移動自在に巻き掛けられ、前記ワイヤ部材の他端部が前記一端部と略直交する方向に移動自在に設けられたワイヤ機構と、このワイヤ機構のワイヤ部材の他端部を巻き取り制御して前記トラス結合体の複数の駆動制御部を直線駆動し、前記展開構造を折畳み展開する駆動手段とを備え、前記駆動手段は、前記トラス結合体のいずれか一つの展開トラスに配設され、前記ワイヤ機構を介して前記トラス結合体の他の展開トラスを駆動してなる宇宙展開構造物を構成した。
【００１３】
上記構成によれば、ワイヤ機構のワイヤ部材は、駆動手段により巻き取り駆動されると、トラス結合体の複数の展開トラスの駆動制御部を直線移動させることにより、トラス結合体の複数の展開構造体の折畳み展開が行われる。これにより、駆動手段は、トラス結合体の複数の展開トラスの展開力がワイヤ機構を介して分散された状態となり、その駆動力の軽減が図れたうえで、トラス結合体の信頼性の高い折畳み展開動作が可能となる。従って、駆動手段の小形化を図ったうえで、動作制御の信頼性を向上させることが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は、この発明の一実施の形態の適用される宇宙展開構造物の構成を示すもので、放射状リブによる展開トラス構造を用いたアンテナ反射鏡の一例を示す。
【００１６】
例えばこのアンテナ反射鏡は、ほぼ６角柱形状であるが、パラボラアンテナ鏡面などの曲面形状を形成する場合には、６角柱の上面と下面の大きさが異なり、本実施例では下面側６角形状が上面側６角形状よりも大きくなる６角錐台形状となっている。そして、このアンテナ反射鏡を構成する宇宙展開構造物は、メッシュ１１を鏡面形状保持するワイヤ１２と、該ワイヤ１２及び上記メッシュ１１を支持する６本の支に持柱１３からなる反射鏡面部１４と、反射鏡面部１４を支持する展開トラス２０で構成される。
【００１７】
図２は、上記展開トラス２０を示すもので、６個の四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、中央縦部材２２を共有する形で組み合わされ、６角錐台形状にトラス結合される。
【００１８】
この展開トラス２０をモジュール２３と呼ぶ。６角錐台形状のモジュール２３の外側の縦部材２４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの外側にはモジュール結合ヒンジ２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが取り付けられている。
【００１９】
図３は、図２に示すモジュール２３を１４個結合して構成したトラス結合体３０を示す。トラス結合体３０は、複数のモジュール２３をモジュール結合ヒンジ２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆと２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆにより回転自在に結合することにより構成され、ブーム１１０を介して図示しない宇宙航行体本体に支持される。
【００２０】
上記メッシュ１１を支持するケーブルは、上記のようにメッシュの形状がパラボラ面になるようにワイヤー１２により保持される。
【００２１】
上記展開トラス２０は、例えば図４に示すように６個の四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの四辺リンク構造を有する。この四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、中央縦部材２２からメッシュ１１にほぼ沿うように横部材５２、横部材５３がヒンジ５４、５５を介して回転自在に支持されている。また、横部材５２、横部材５３の先には、中央縦部材２２と同じように、ヒンジ５６、５７を介して回転自在なように外側の縦部材２４が支持されている。
【００２２】
なお、上述の６本の支持柱１３は、外側の縦部材２４に接合されるよう構成される。
【００２３】
上記四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは、四辺リンク２１を構成する中央縦部材２２のヒンジ５４，５５を結ぶ距離と横部材５２の長さの和と、外側の縦部材２４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆのヒンジ５６，５７を結ぶ距離と横部材５３の長さの和がほぼ等しくなるように構成されている。
【００２４】
また、図４に示すように、中央縦部材２２のシャフト部５８の中心線とヒンジ５５の回転中心の間が離れており、略同様に、側の縦部材２４のシャフト部５９の中心線とヒンジ５６の回転中心の間が離れるように構成されている。
【００２５】
上記四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの内側には、中央縦部材２２にヒンジ６０を介して回転自在に取り付けられた斜部材６１と、横部材５３にヒンジ６２を介して回転自在に取り付けられた斜部材６３が、互いの端部においてヒンジ６４を介して互いに回転自在になるように取り付けられている。
【００２６】
また、上記中央縦部材２２には、駆動制御部、例えば傘機構を構成する摺動部材７０が中央縦部材２２に対して摺動自在に取り付けられ、摺動部材７０と斜部材６１には、それぞれヒンジ７１、７２が取り付けられる。そして、これらヒンジ７１、７２には、回転自在にリンク７３が支持されている。リンク７３には、ヒンジ７１，７２を結んだ直線とはずれた位置にヒンジ７４が設けられ、ヒンジ７４によりリンク７３にはリンク７５が回転自在に支持されている。
【００２７】
一方、中央縦部材２２には、摺動部材７０とは別の摺動部材７６が中央縦部材２２に対して摺動自在に取り付けられており、摺動部材７６にはヒンジ７７が取り付けられ、ヒンジ７７により上記リンク７５が回転自在に支持されている。
【００２８】
そして、摺動部材７０と摺動部材７６の間には、圧縮バネ８０が係着されている。
【００２９】
上記圧縮バネ８０が摺動部材７０と摺動部材７６を押し広げるように運動することにより、斜部材６１とリンク７３，７５により構成されたリンク群が自動開傘機構と同様に作用し、摺動部材７０と摺動部材７６が図４中Ａ方向に進むとともに、ヒンジ６４が図４中Ｂ方向に、中央縦部材２２から離れる方向に運動する。
【００３０】
このときの四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆのヒンジ６２の位置は、ヒンジ６４の位置に対して、ヒンジ６４から斜部材６３を自由に回転させたときのヒンジ６２の軌跡と四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆを自由に運動させたときに横部材５３に取り付けられたヒンジ６２の軌跡の交点に定まるため、本来１自由度である四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの形状は一意に定まる。いまヒンジ６４の位置が図４中Ｂ方向に移動することにより、斜部材６１と斜部材６３が直線に近づくため、四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの対角の位置にあるヒンジ６４とヒンジ６２の距離が広がるので、四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆが展開運動し、展開トラス２０が展開運動することになる。
【００３１】
このように上記圧縮バネ８０が摺動部材７０と摺動部材７６を押し広げるように運動することにより、展開トラス２０は展開運動する。
【００３２】
ここで、この発明の一実施の形態に係る展開構造物について図５〜図１２を参照して説明する。但し、ここでは、図５〜図１２において、前記図１〜図４と同一部分については、同一符号を付してその説明について省略する。
【００３３】
即ち、この発明の特徴点は、上記圧縮バネ８０と共同して動作する折畳み展開用の駆動手段にある。この駆動手段は、上記トラス結合体３０を構成する１４個の展開トラス２０のうち例えば図５に示すように略中央部に配置されるNo.１〜No.４に例えば図６に示すように略同様に駆動モータ９０が取り付けられる。この駆動モータ９０には、その駆動軸にワイヤ機構を構成する駆動プーリ９１が嵌着され、この駆動プーリ９１には、ワイヤ部材９２の基端が、例えば単段に複数重巻き掛けられる。このように構成することで、ワイヤ部材９２の駆動プーリ９１からの脱落が防止できる。
【００３４】
また、ワイヤ部材９２は、その中間部が中間プーリ９３に移動自在に巻き掛けられ、先端部側が、図５中No.２、No.５、No.６、No.１４（No.３、No.７、No.８）（No.４、No.９、No.１０、No.１１）（No.１、No.１２、No.１３）の各展開トラス２０に設けられる動滑車９４に移動自在にそれぞれ巻き掛けられる。
【００３５】
この動滑車９４は、例えば図６に示すように各展開トラス２０の中央縦部材２２に軸方向に移動自在に支持される摺動部材７６の回転自在に支持される。そして、この動滑車９４には、その周囲に、上記中間プーリ９３により延出方向が略直交する方向に方向変換されたワイヤ部材９２の先端部が巻き掛けられて支持される。
【００３６】
また、ワイヤ部材９２の片端は、展開トラス２０の基部２００に固定される。ワイヤ部材９２は、図５に示すように展開トラス２０のNo.３、No.７、No.８の基部２００に取り付けられたものが、各のプーリ９３、９４を介してNo.２の展開トラス２０のプーリ９１に接続される。
【００３７】
同様に、No.１４、No.５、No.６、No.２の展開トラス２０の基部２００に取り付けられたワイヤ部材９２は、各のプーリ９３、９４を介してNo.１の展開トラス２０のプーリ９１に接続される。また、No.４、No.１１、No.１０、No.９の展開トラス２０の基部２００に取り付けられたワイヤ部材９２は、各のプーリ９３、９４を介してNo.３の展開トラス２０のプーリ９１に接続される。さらに、No.１２、No.１３、No.１の展開トラス２０の基部２００に取り付けられたワイヤ部材９２は、各のプーリ９３、９４を介してNo.４の展開トラス２０のプーリ９１に接続される。
【００３８】
上記構成において、ワイヤ部材は、上記圧縮バネ８０が最も圧縮された展開トラス２０の折畳み状態において、その基端が駆動モータの駆動プーリに巻き掛けられる。そして、上記展開トラス２０が、その折畳み状態において、そのロックが解除されると、上記駆動モータが駆動制御される。すると、圧縮バネ８０の付勢力が摺動部材７０と摺動部材７６を押し広げるように運動することにより、斜部材６１とリンク７３，７５により構成されたリンク群が自動開傘機構と同様に作用する。
【００３９】
これにより、摺動部材７０と摺動部材７６が図４中Ａ方向に進むとともに、ヒンジ６４が図４中Ｂ方向に、中央縦部材２２から離れる方向に運動して上述したように展開トラスが２０が展開される。この際、駆動モータ９０、ワイヤ部材９２、駆動プーリ９１、中間プーリ９３及び動滑車９４の作用により、圧縮バネ８０の付勢力が規制され安定した展開動作が行われる。
【００４０】
ここで、展開トラス２０を展開方向に付勢する圧縮バネ８０は、該展開トラス２０の折畳み状態で、蓄えたエネルギ（付勢力）で展開トラス２０を展開付勢するように設定される。そして、この圧縮バネ８０の付勢力のよる展開トラス２０の折畳み状態から展開完了までにおいては、駆動モータ９０に要求される駆動トルクが、図８に示すようにワイヤ部材９２の移動量と、該ワイヤ部材９２に付与される付勢力とによって決定される。
【００４１】
例えば、圧縮バネ８０による展開力が略一定だとすると、駆動モータ９０に要求される駆動トルク（ワイヤ部材９２の張力）は、
駆動トルク＝展開力×（ワイヤ部材の移動量/圧縮バネの移動量）
により表される。
【００４２】
従って、駆動モータ９０は、その駆動トルクが、そのワイヤ機構を構成するワイヤ部材９２の移動量、すなわち、ワイヤ部材９２の引き回し長さ寸法を充分とることにより、展開トラス２０の折畳み状態から展開が完了するまでに必要とする展開力（圧縮バネ８０の付勢力）を小さく設定することなく、小さなトルクで大きな展開力に対応することが可能となる。
【００４３】
この発明では、前述のように例えばNo.５の展開トラス２０のワイヤ部材９２は、該No.５の動滑車９４、中間プーリ９３を介してNo.１の展開トラス２０の駆動プーリ９１に接続されている。展開の初期においては、四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆの動きにより、No.５の展開トラス２０とNo.１の展開トラス２０の基部２００同士の距離Ｄ（図５参照）が大きく変化する。展開完了に近い状態では、距離Ｄの変化が小さくなるものの、動滑車９４と、その基部２００の距離Ｅ（図７参照）が大きく変化する。これにより、ワイヤ部材９２の動きが平均化され、展開時にワイヤ部材９２の張力を平均化させることができて、該ワイヤ部材９２の張力にピークを発生させることがない。従って、張力の最大値が低減され、これによって定まる駆動トルクの低減が図れて小形・軽量化が実現される。
【００４４】
このように、上記宇宙展開構造物は、圧縮バネ８０、摺動部材７０、７６の作用により展開される折畳み展開自在な展開トラス２０を１４個、骨組み結合したトラス結合体３０を形成して、このトラス結合体３０の展開トラス２０の摺動部材７０、７６と展開駆動用の駆動モータ９０との間を、略直交する二方向に配線されるワイヤ部材９２を介して連動可能に連結して、駆動モータ９０の駆動に連動してワイヤ部材９２が巻き取り駆動され、トラス結合体３０の折畳み展開が行われるように構成した。
【００４５】
これによれば、駆動モータ９０及び圧縮バネ８０は、トラス結合体３０の１４個の展開トラス２０の展開力がワイヤ機構のワイヤ部材９２を介して分散された状態となり、その駆動力の軽減を図ったうえで、トラス結合体３０の信頼性の高い折畳み展開動作が実現される（図８参照）。従って、圧縮バネ８０の付勢力を充分にとったうえで、駆動モータ９０の駆動トルクの軽減が図れて小形・軽量化が図れ、しかも、動作制御の信頼性の向上を図ることができる。
【００４６】
このことは、例えば図９に示す従来のように中間プーリ９３の代わりに展開トラス２０の中央縦部材２２に駆動モータ２０１と、この駆動モータ２０１に対して同軸的にプーリ２０２を組み合わせ配置して、この駆動モータ２０１駆動力により上述した圧縮バネ８０と同様の展開力で展開させるように構成した場合、図１０に示すようにそのワイヤ部材９２の張力が略数倍に大きくなることが実験的に確認されることからも明らかである。
【００４７】
なお、上記実施の形態では、駆動手段として、圧縮バネ８０、ワイヤ機構及び駆動モータ９０を用いて構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えば駆動モータ９０に変えてダッシュポットを用いて構成することも可能である。
【００４８】
さらに、上記実施の形態では、ワイヤ部材９２の中央縦部材２２に対して動滑車９４を用いてワイヤ部材９２の端部を中央縦部材２２の軸方向に移動させるように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えば動滑車９４を用いることなく中央縦部材２２に移動自在に配設するように構成することも可能である。但し、動滑車を用いた場合の方が、力が略１/２となることで有効な効果が期待される。
【００４９】
また、上記実施の形態では、駆動モータ９０を１４個の展開トラス２０を折畳み展開自在に組み合わせ結合したトラス結合体３０の４個の展開トラス２０に配設して１４個の展開トラス２０の折畳み展開を行うように構成した場合で説明したが、これに限ることなく、例えば図１１に示すようにワイヤ部材９２の片端を、その基部２００に結合することなく、該基部２００にプーリ２１０を設けて、このプーリ２１０を経由させて、他の展開トルク２０の基端２００の中間プーリ９３に接続配線するようにして、１個の駆動モータ９０を用いて１４個のすべての展開トラス２０を折畳み展開駆動するように構成することが可能である。
【００５０】
ここで、例えば図１２に示すように近接するNo.２、No.７、No.８の展開トラス２０のうちNo.２の基部２００に駆動モータ９０を設けて、他のNo.７、No.８の展開トラス２０に駆動モータ９０を配設しないように構成し、ワイヤ部材９２の片端側を、No.２の展開トラス２０の駆動モータ９０の駆動プーリ９１からNo.７の展開トラス２０の中間プーリ９３、動滑車９４、上記プーリ２１０、No.８の展開トラス２０の中間プーリ９３、動滑車９４、上記プーリ２１０、No.２の展開トラス２０の中間プーリ９３、動滑車９４に順に巻き掛けた後、No.２の展開トラス２０の基部２００に取り付ける。これにより、No.２、No.７、No.８の展開トラス２０は、駆動モータ９０の駆動に連動して、ワイヤ部材９２を介して略同時に展開制御される。この際、各展開トラス２０は、その四辺リンク２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆに付与される力の分散化の促進が図れて、さらに安定した展開動作が実現される。
【００５１】
また、上記実施の形態では、複数個、例えば１４の展開トラス２０を組み合わせたトラス結合体３０に適用した場合で説明したが、これに限ることなく、１個の展開トラスを宇宙航行体本体等の支持構体に折畳み展開自在に配設する構成においても適用可能である。
【００５２】
さらに、上記実施の形態では、略６角柱形状の展開トラス構造を放射方向の４辺リンクの組合せ構成した支持構造の展開構造物の折畳み展開に適用した場合で説明したが、これに限ることなく、略８角形等の略多角柱形状あるいは略多角錐形状に組合わせ結合した支持構造の展開構造物や、各種宇宙機器を含む展開構造物においても適用可能である。
【００５３】
また、上記実施の形態では、アンテナ反射鏡の支持構造として用いた場合で説明したが、これに限ることなく、その他、宇宙空間に構築するプラットホーム等の折畳み展開可能に構成される各種の宇宙展開構造物においても適用可能である。
【００５４】
よって、この発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではなく、その他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施できることは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、信頼性の高い高精度な折畳み展開動作を実現し得、且つ、小形・軽量化の促進を図り得るようにした宇宙展開構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の適用される宇宙展開構造物の展開トラスを用いたアンテナ反射鏡を取り出して示した斜視図である。
【図２】図１の展開トラスを取出して示した斜視図である。
【図３】図１のモジュールを１４個結合して構成したアンテナ反射鏡を示した斜視図である。
【図４】図１の展開トラスを構成する四辺トラス構造を取出して示した平面図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る宇宙展開構造物の展開駆動用の駆動モータの配置構成を示した配置図である。
【図６】図１の駆動モータを展開トラスに取り付けた状態を示した一部拡大図である。
【図７】図１の駆動モータの配置されない展開トルクのワイヤ機構を取り出して示した一部拡大図である。
【図８】図５の展開動作時におけるワイヤ部材の張力とワイヤ部材の移動量（変異）の関係を示した特性図である。
【図９】この発明の特徴を説明するために示した従来の展開機構部を取り出して示した一部拡大図である。
【図１０】図８の特性図と比較するために示した従来構成による特性図である。
【図１１】この発明の他の実施の形態に係る宇宙展開構造物の構成を説明するために示した一部拡大図である。
【図１２】この発明の他の実施の形態に係る宇宙展開構造物の構成を説明するために示した配置図である。
【符号の説明】
１１…メッシュ。
１２…ワイヤー。
１３…支持柱。
１４…反射鏡面部。
２０…展開トラス。
２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…四辺リンク。
２２…中央縦部材。
２３…モジュール。
２４ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…外側の縦部材。
２５ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…モジュール結合ヒンジ。
２６ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ…モジュール結合ヒンジ。
３０…トラス結合体。
５２、５３…横部材。
５４、５５…ヒンジ。
５６、５７…ヒンジ。
５８、５９…シャフト部。
６０、６２、６４…ヒンジ。
６１、６３…斜部材。
７０、７６…摺動部材。
７１、７２、７４…ヒンジ。
７３、７５…リンク。
８０…圧縮バネ。
９０…駆動モータ。
９１…駆動プーリ。
９２…ワイヤ部材。
９３…中間プーリ。
９４…動滑車。
１１０…ブーム。
２００…基部。
２１０…プーリ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a space deployment structure used for a parabolic antenna support structure or a large space structure mounted on, for example, an artificial satellite.
[0002]
[Prior art]
When building large structures in outer space, astronauts are currently working on space shuttles and space stations and meals, but these methods need to consider human damage. In addition, there is a disadvantage that the cost is high and the cost is high, and there is a possibility that the working period and the size of the structure are restricted.
[0003]
For this reason, recently, as a method for constructing a large structure in outer space, a structure in which a deployable structure is expanded from a folded state by a driving force of a motor or the like to form a space deployable structure has been studied at home and abroad. ing.
[0004]
As such a space expansion structure, Japanese Patent Publication No. 8-255547, Japanese Patent Publication No. 8-2561674 and Japanese Patent Publication No. 8-2567192 are already known.
[0005]
However, in all of the above-mentioned space deployment structures, it is said that the number of components is reduced for the purpose of improving the storage efficiency by folding in consideration of the mountability to the rocket or for the weight reduction. It is configured for the purpose of improving the single performance, and it is difficult to satisfy the request for weight while satisfying the request for reliability of the folding and unfolding operation.
[0006]
For example, specifically, as a driving means for folding and unfolding the unfolding structure constituting the space unfolding structure, a wire mechanism using a wire member and a pulley is driven and controlled by a driving source using a driving motor or the like. There is a configuration that realizes reliable operation control after downsizing the drive motor by configuring the structure to fold and unfold.
[0007]
However, in the space deployment structure using the above wire mechanism, if the reliability of the folding and unfolding operation is improved, the driving force of the driving motor must be increased. Therefore, the driving motor becomes large and increases in weight. Have the problem of inviting.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Any of the conventional space deployment structures has a problem that it is difficult to satisfy the demand for downsizing after ensuring the reliability of operation control required in the field of space development.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a space deployment structure capable of realizing a highly reliable and highly accurate folding and unfolding operation and promoting a reduction in size and weight. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a plurality of quadrilateral structures in which the ends of the first to fourth quadrilateral members are rotatably coupled to a quadrilateral shape are combined in a radial manner by sharing the first quadrilateral member as a central vertical member. The first and second diagonal members, in which the intermediate portion is rotatably connected to bendable between the diagonal lines of the four-sided structure, are installed, and the drive control unit is linearly driven along the central vertical member. A folding truss that is folded and unfolded, a truss combination that combines a plurality of the unfolding trusses so that they can be folded and unfolded, and one end of the wire member are locked to the drive control units of the plurality of unfolding trusses of the truss combination. a shall, said intermediate portion of the wire member is wound so as to be movable in the pulley, and a wire mechanism the other end is provided to be movable in a direction substantially perpendicular to the one end of the wire member, the Wire mechanism Controlled by the winding and the other end of the Ya member linearly driving a plurality of driving control unit of the truss conjugates example Bei and driving means for deploying folding the deployment structure, said drive means, said truss conjugate The space deployment structure which is arrange | positioned at any one of these deployment trusses and drives the other deployment truss of the said truss coupling body via the said wire mechanism was comprised .
[0013]
According to the above configuration, when the wire member of the wire mechanism is wound and driven by the driving means, the drive control units of the plurality of deployment trusses of the truss combination body are linearly moved, thereby the plurality of deployment structures of the truss combination body. The body is unfolded. As a result, the driving means is in a state in which the deploying force of the plurality of deploying trusses of the truss combined body is dispersed via the wire mechanism, and the driving force can be reduced, and the truss combined member can be folded with high reliability. Unfolding operation becomes possible. Accordingly, it is possible to improve the reliability of the operation control while reducing the size of the driving means.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a configuration of a space deployment structure to which an embodiment of the present invention is applied, and shows an example of an antenna reflector using a deployment truss structure with radial ribs.
[0016]
For example, this antenna reflector has a substantially hexagonal prism shape. However, when a curved surface such as a parabolic antenna mirror surface is formed, the size of the upper surface and the lower surface of the hexagonal column is different. Has a hexagonal truncated pyramid shape that is larger than the hexagonal shape on the upper surface side. The space deployment structure constituting the antenna reflector includes a wire 12 that holds the mesh 11 in a mirror shape, and a reflecting mirror surface portion 14 that includes a supporting column 13 on six supports that support the wire 12 and the mesh 11. And a deployment truss 20 that supports the reflecting mirror surface portion 14.
[0017]
FIG. 2 shows the developed truss 20, in which six four-side links 21a, b, c, d, e, and f are combined so as to share the central longitudinal member 22, and the truss connection is made into a hexagonal truncated pyramid shape. Is done.
[0018]
This deployment truss 20 is called a module 23. On the outside of the vertical members 24a, b, c, d, e, f outside the hexagonal truncated pyramid shaped module 23, module coupling hinges 25a, b, c, d, e, f and 26a, b, c, d, e and f are attached.
[0019]
FIG. 3 shows a truss combination 30 formed by connecting 14 modules 23 shown in FIG. The truss coupling body 30 is configured by rotatably coupling a plurality of modules 23 with module coupling hinges 25a, b, c, d, e, f and 26a, b, c, d, e, f. Is supported by a spacecraft body (not shown).
[0020]
The cable supporting the mesh 11 is held by the wire 12 so that the mesh shape becomes a parabolic surface as described above.
[0021]
The deployment truss 20 has a four-sided link structure of six four-sided links 21a, b, c, d, e, and f as shown in FIG. 4, for example. The four side links 21a, b, c, d, e, and f are supported so that the horizontal member 52 and the horizontal member 53 are rotatable via hinges 54 and 55 so as to substantially follow the mesh 11 from the central vertical member 22. . Further, the outer vertical member 24 is supported at the tip of the horizontal member 52 and the horizontal member 53 so as to be rotatable via hinges 56 and 57 similarly to the central vertical member 22.
[0022]
The six support pillars 13 are configured to be joined to the outer vertical member 24.
[0023]
The four side links 21a, b, c, d, e, f are the sum of the distance connecting the hinges 54, 55 of the central vertical member 22 constituting the four side link 21, the length of the horizontal member 52, and the outer vertical member 24a. , B, c, d, e, and f are configured such that the sum of the distances connecting the hinges 56 and 57 and the length of the lateral member 53 is substantially equal.
[0024]
Further, as shown in FIG. 4, the center line of the shaft portion 58 of the central vertical member 22 and the rotation center of the hinge 55 are separated from each other, and approximately the same as the center line of the shaft portion 59 of the side vertical member 24. The rotation centers of the hinges 56 are configured to be separated from each other.
[0025]
Inside the four side links 21a, b, c, d, e, and f, an oblique member 61 is rotatably attached to the central vertical member 22 via a hinge 60, and a horizontal member 53 is rotated via a hinge 62. The oblique members 63 that are freely attached are attached so as to be rotatable with respect to each other via hinges 64 at their respective ends.
[0026]
Further, a sliding member 70 constituting a drive control unit, for example, an umbrella mechanism, is slidably attached to the central vertical member 22, and the sliding member 70 and the slant member 61 include Hinges 71 and 72 are attached, respectively. The hinges 71 and 72 support a link 73 rotatably. The link 73 is provided with a hinge 74 at a position deviating from the straight line connecting the hinges 71, 72, and the link 75 rotatably supports the link 73 by the hinge 74.
[0027]
On the other hand, a sliding member 76 different from the sliding member 70 is slidably attached to the central longitudinal member 22, and a hinge 77 is attached to the sliding member 76. The link 75 is rotatably supported by a hinge 77.
[0028]
A compression spring 80 is engaged between the sliding member 70 and the sliding member 76.
[0029]
When the compression spring 80 moves so as to spread the sliding member 70 and the sliding member 76, the link group constituted by the oblique member 61 and the links 73 and 75 acts in the same way as the automatic opening mechanism, and the sliding member As the moving member 70 and the sliding member 76 move in the direction A in FIG. 4, the hinge 64 moves in the direction B in FIG. 4 and away from the central longitudinal member 22.
[0030]
The position of the hinge 62 of the four side links 21a, b, c, d, e, and f at this time is the locus of the hinge 62 when the oblique member 63 is freely rotated from the hinge 64 with respect to the position of the hinge 64. Since the four-side links 21a, b, c, d, e, and f are freely moved, the four-side links 21a, b, The shapes of c, d, e, and f are uniquely determined. Now that the position of the hinge 64 moves in the direction B in FIG. 4, the slanting member 61 and the slanting member 63 approach a straight line, so that they are at diagonal positions of the four-side links 21a, b, c, d, e, and f. Since the distance between the hinge 64 and the hinge 62 is increased, the four-side links 21a, b, c, d, e, and f are deployed and the deployment truss 20 is deployed.
[0031]
As the compression spring 80 moves in such a manner as to push the sliding member 70 and the sliding member 76 apart, the deploying truss 20 deploys.
[0032]
Here, the expansion | deployment structure which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIGS. However, in FIG. 5 to FIG. 12, the same parts as those in FIG. 1 to FIG.
[0033]
That is, the feature of the present invention resides in the driving means for folding and unfolding that operates in cooperation with the compression spring 80. As shown in FIG. 6, for example, the driving means includes No. 1 to No. 4 arranged in the substantially central portion of the 14 deployed trusses 20 constituting the truss combined body 30 as shown in FIG. 5. A drive motor 90 is attached in substantially the same manner. A drive pulley 91 constituting a wire mechanism is fitted to the drive shaft of the drive motor 90, and the base end of the wire member 92 is wound around the drive pulley 91 in a single stage, for example. With this configuration, the wire member 92 can be prevented from falling off from the drive pulley 91.
[0034]
Further, the wire member 92 has its intermediate portion movably wound around the intermediate pulley 93, and the tip end side is No. 2, No. 5, No. 6, No. 14 (No. 3, No. 4 in FIG. 5). .7, No.8) (No.4, No.9, No.10, No.11) (No.1, No.12, No.13) Each can be wound freely.
[0035]
For example, as shown in FIG. 6, the movable pulley 94 is rotatably supported by a sliding member 76 that is supported by the central longitudinal member 22 of each deployment truss 20 so as to be movable in the axial direction. The distal end portion of the wire member 92 whose direction of extension has been changed by the intermediate pulley 93 in a direction substantially orthogonal to the moving pulley 94 is wound around and supported by the movable pulley 94.
[0036]
Further, one end of the wire member 92 is fixed to the base portion 200 of the deployment truss 20. Wire member 92, No.3 of deployable truss 20 as shown in FIG. 5, No.7, those were mounted et the base 200 of No.8, the No.2 through each of the pulleys 93 and 94 Connected to the pulley 91 of the deployment truss 20.
[0037]
Similarly, the wire member 92 attached to the base 200 of the deployment truss 20 of No. 14, No. 5, No. 6, and No. 2 is connected to the deployment truss 20 of No. 1 via the pulleys 93 and 94, respectively. Connected to the pulley 91. The wire member 92 attached to the base 200 of the deployment truss 20 of No. 4, No. 11, No. 10, No. 9 is connected to the deployment truss 20 of No. 3 via the pulleys 93 and 94, respectively. Connected to pulley 91. Furthermore, the wire member 92 attached to the base 200 of the deployment truss 20 of No. 12, No. 13, and No. 1 is connected to the pulley 91 of the deployment truss 20 of No. 4 via the respective pulleys 93 and 94. Is done.
[0038]
In the above configuration, the base end of the wire member is wound around the drive pulley of the drive motor in the folded state of the deployment truss 20 where the compression spring 80 is most compressed. When the unfolded truss 20 is unlocked in the folded state, the drive motor is driven and controlled. Then, the urging force of the compression spring 80 moves so as to push the sliding member 70 and the sliding member 76 apart so that the link group composed of the oblique member 61 and the links 73 and 75 is the same as the automatic opening mechanism. Works.
[0039]
As a result, the sliding member 70 and the sliding member 76 move in the direction A in FIG. 4, and the hinge 64 moves in the direction B in FIG. 4 in the direction away from the central longitudinal member 22. 20 is expanded. At this time, the urging force of the compression spring 80 is regulated by the action of the drive motor 90, the wire member 92, the drive pulley 91, the intermediate pulley 93, and the movable pulley 94, so that a stable deployment operation is performed.
[0040]
Here, the compression spring 80 that biases the deployment truss 20 in the deployment direction is set so as to deploy and bias the deployment truss 20 with the stored energy (biasing force) when the deployment truss 20 is folded. Then, from the folded state of the deployment truss 20 due to the biasing force of the compression spring 80 to the completion of deployment, the drive torque required for the drive motor 90 is the amount of movement of the wire member 92 as shown in FIG. It is determined by the urging force applied to the wire member 92.
[0041]
For example, if the deployment force by the compression spring 80 is substantially constant, the drive torque required for the drive motor 90 (the tension of the wire member 92) is
Driving torque = deployment force x (movement amount of wire member / movement amount of compression spring)
It is represented by
[0042]
Therefore, the drive motor 90 can be deployed from the folded state of the deployment truss 20 when the drive torque has a sufficient amount of movement of the wire member 92 that constitutes the wire mechanism, that is, the drawing length of the wire member 92. It is possible to cope with a large deployment force with a small torque without setting a small deployment force (the urging force of the compression spring 80) required until completion.
[0043]
In the present invention, as described above, for example, the wire member 92 of the No. 5 deployable truss 20 is connected to the drive pulley 91 of the No. 1 deployable truss 20 via the No. 5 movable pulley 94 and the intermediate pulley 93. Has been. In the initial stage of the deployment, the distance D between the bases 200 of the No. 5 deployment truss 20 and the No. 1 deployment truss 20 due to the movement of the four side links 21a, b, c, d, e, f (see FIG. 5). Changes significantly. In a state close to the completion of deployment, although the change in the distance D is small, the distance E (see FIG. 7) between the movable pulley 94 and its base 200 changes greatly. Thereby, the movement of the wire member 92 is averaged, and the tension of the wire member 92 can be averaged at the time of deployment, so that no peak is generated in the tension of the wire member 92. Accordingly, the maximum value of the tension is reduced, and the driving torque determined thereby can be reduced, thereby realizing a reduction in size and weight.
[0044]
In this way, the space expansion structure forms a truss combined body 30 in which 14 foldable and unfoldable expansion trusses 20 that are expanded by the action of the compression spring 80 and the sliding members 70 and 76 are framed. The sliding members 70 and 76 of the deploying truss 20 of the truss combined body 30 and the driving motor 90 for unfolding driving are coupled to each other via a wire member 92 wired in two substantially orthogonal directions. The wire member 92 is wound up in conjunction with the drive of the drive motor 90, and the truss joint 30 is folded and unfolded.
[0045]
According to this, the drive motor 90 and the compression spring 80 are in a state where the deploying force of the 14 deploying trusses 20 of the truss combined body 30 is dispersed through the wire member 92 of the wire mechanism, and the driving force is reduced. In addition, a highly reliable folding and unfolding operation of the truss combination 30 is realized (see FIG. 8). Therefore, after sufficiently applying the urging force of the compression spring 80, the drive torque of the drive motor 90 can be reduced, the size and weight can be reduced, and the reliability of the operation control can be improved.
[0046]
For example, as shown in FIG. 9, instead of the intermediate pulley 93, the drive motor 201 is arranged on the central longitudinal member 22 of the deploying truss 20 and the pulley 202 is coaxially arranged with respect to the drive motor 201. In the case where the drive motor 201 is configured to be deployed with the same deployment force as that of the compression spring 80 described above, it is experimental that the tension of the wire member 92 increases approximately several times as shown in FIG. It is clear from the fact that
[0047]
In the above-described embodiment, the case where the driving unit is configured using the compression spring 80, the wire mechanism, and the driving motor 90 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a dashpot is used instead of the driving motor 90. It is also possible to configure.
[0048]
Further, in the above-described embodiment, the case has been described in which the end of the wire member 92 is moved in the axial direction of the central vertical member 22 using the movable pulley 94 with respect to the central vertical member 22 of the wire member 92. However, the present invention is not limited to this, and for example, it is also possible to configure the central longitudinal member 22 so as to be movable without using the movable pulley 94. However, when the moving pulley is used, an effective effect is expected because the force is approximately ½.
[0049]
Further, in the above embodiment, the drive motor 90 is disposed on the four deployed trusses 20 of the combined truss 30 in which the 14 deployed trusses 20 are combined and coupled so as to be foldable and unfolded, and the 14 deployed trusses 20 are folded. Although described in the case where it is configured to perform deployment, for example, as shown in FIG. 11, a pulley 210 is provided on the base 200 without connecting one end of the wire member 92 to the base 200. Then, all fourteen deployment trusses 20 are folded using one drive motor 90 so as to be connected and wired to the intermediate pulley 93 of the base end 200 of the other deployment torque 20 via the pulley 210. It can be configured to be deployed.
[0050]
Here, for example, as shown in FIG. 12, a drive motor 90 is provided at the base 200 of No. 2 among the adjacent trusses 20 of No. 2, No. 7, and No. 8, and the other No. 7, No. No. 7 deployment truss 20 is configured such that the drive motor 90 is not disposed, and one end side of the wire member 92 is connected to the No. 7 deployment truss 20 from the drive pulley 91 of the drive motor 90 of the No. 2 deployment truss 20. The intermediate pulley 93, the moving pulley 94, the pulley 210, the intermediate pulley 93 of the developing truss 20 of No. 8, the moving pulley 94, the pulley 210, the intermediate pulley 93 of the developing truss 20 of No. 2, and the moving pulley 94 in this order. After winding, it is attached to the base 200 of the deployment truss 20 of No.2. Thereby, the deployment trusses No. 2, No. 7, and No. 8 are controlled to be deployed almost simultaneously via the wire member 92 in conjunction with the drive of the drive motor 90. At this time, each deployment truss 20 can promote the dispersion of the force applied to the four-side links 21a, b, c, d, e, and f, thereby realizing a more stable deployment operation.
[0051]
In the above-described embodiment, the case where a plurality of, for example, 14 deployment trusses 20 are combined is described as being applied to a truss combination 30. However, the present invention is not limited to this, and one deployment truss is used as a spacecraft body. The present invention can also be applied to a configuration in which the support structure can be folded and unfolded.
[0052]
Furthermore, in the above-described embodiment, the explanation has been given for the case where the substantially truss-shaped unfolded truss structure is applied to the unfolding of the unfolding structure of the support structure configured by combining the four-sided links in the radial direction. However, the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a deployment structure having a support structure that is combined and coupled in a substantially polygonal column shape such as a substantially octagonal shape or a substantially polygonal pyramid shape, and a deployment structure including various space devices.
[0053]
In the above-described embodiment, the case where the antenna reflector is used as a support structure has been described. However, the present invention is not limited to this, and various other space deployments configured to be foldable and deployable such as platforms built in space. It can also be applied to structures.
[0054]
Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a space deployment structure capable of realizing a highly reliable and highly accurate folding and unfolding operation and promoting the reduction in size and weight. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an extracted antenna reflector using a deployment truss of a space deployment structure to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a perspective view showing the unfolded truss shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an antenna reflecting mirror formed by connecting 14 modules of FIG. 1;
4 is a plan view showing a four-side truss structure constituting the deployed truss shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a layout diagram showing a layout configuration of a drive motor for deployment driving of a space deployment structure according to an embodiment of the present invention;
6 is a partially enlarged view showing a state in which the drive motor of FIG. 1 is attached to a deployment truss.
7 is a partially enlarged view showing a developed torque wire mechanism in which the drive motor of FIG. 1 is not arranged; FIG.
8 is a characteristic diagram showing the relationship between the tension of the wire member and the movement amount (mutation) of the wire member during the unfolding operation of FIG.
FIG. 9 is a partially enlarged view showing a conventional deployment mechanism part taken out for explaining the feature of the present invention.
FIG. 10 is a characteristic diagram according to a conventional configuration shown for comparison with the characteristic diagram of FIG. 8;
FIG. 11 is a partially enlarged view for explaining the configuration of a space deployment structure according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a layout diagram shown for explaining the configuration of a space deployment structure according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 ... Mesh.
12 ... Wire.
13 ... Support pillar.
14: Reflective mirror surface portion.
20 ... Deployment truss.
21a, b, c, d, e, f ... Four-sided link.
22: Central longitudinal member.
23. Module.
24a, b, c, d, e, f...
25a, b, c, d, e, f ... Module coupling hinges.
26a, b, c, d, e, f ... module coupling hinges.
30: Truss combination.
52, 53 ... Transverse members.
54, 55 ... Hinge.
56, 57 ... Hinge.
58, 59 ... shaft portion.
60, 62, 64 ... Hinge.
61, 63 ... Diagonal members.
70, 76 ... sliding members.
71, 72, 74 ... Hinge.
73, 75 ... Links.
80: Compression spring.
90: Drive motor.
91: Drive pulley.
92: A wire member.
93: Intermediate pulley.
94 ... A moving pulley.
110 ... Boom.
200: Base.
210 ... pulley.

Claims

A plurality of quadrilateral structures in which end portions of the first to fourth quadrilateral members are rotatably coupled to each other in a quadrilateral shape are radially combined as a central longitudinal member which is the first quadrilateral member, and one diagonal line of the quadrilateral structure is formed. A deployment truss in which a first and a second slant members are connected to each other so that a middle portion is rotatably bent and is folded and unfolded via a drive control unit that is linearly driven along the central longitudinal member. When,
A truss combination that combines a plurality of these deployment trusses so that they can be folded and unfolded.
Be one end of the wire member is locked to the drive control unit of the plurality of deployable truss of the truss conjugate intermediate portion of the wire member is wound so as to be movable in the pulley, the other of the wire member A wire mechanism in which an end is movably provided in a direction substantially orthogonal to the one end;
A drive means for controlling the winding of the other end of the wire member of the wire mechanism to linearly drive the plurality of drive control units of the truss combined body, and folding and unfolding the unfolded truss ;
The space deployment structure characterized in that the driving means is disposed on any deployment truss of the truss coupling body and drives another deployment truss of the truss coupling body via the wire mechanism . .

The drive means includes a biasing means for moving and biasing a plurality of drive control units of the truss combination body in a deployment direction of the deployment truss, and a plurality of the truss combination bodies winding and driving the other end portion of the wire member. The space deployment structure according to claim 1 , further comprising a drive motor provided on a deployment truss other than the deployment truss.

The space deployment structure according to claim 1 , wherein the drive control unit is configured by an umbrella mechanism.