CN103457403A - 应用于航天器的大型直线式展开驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，包括行星减速步进电机、电机丝杠组件、桁条伸缩机构，其中，行星减速步进电机驱动电机丝杠组件，电机丝杠组件将行星减速步进电机的电机转动转化为直线位移输出给桁条伸缩机构，以控制桁条伸缩机构的伸缩。本发明可实现在直线方向上大距离展开，结构上大量运用轻量化、低摩阻设计，具有轻质量和高可靠性，是一种在航天器上有较强应用价值的空间可展机构。

Description

应用于航天器的大型直线式展开驱动机构

技术领域

本发明涉及一种大型直线式展开驱动机构，通过电机丝杠组件输出直线位移，经桁条伸缩机构放大输出位移，最终实现大位移输出，具体涉及应用于航天器的大型直线式展开驱动机构。

背景技术

随着航天技术的发展，空间飞行器的构造日趋复杂，功能不断增多，需要采取各种机构来完成各种任务。空间飞行器机构是指使得空间飞行器及其部件或附件完成规定动作或运动的机械组件。其基本功能是：在空间飞行器发射入轨后实现各种动作或运动，使空间飞行器或者其部件、附件处于要求的工作状态或工作位置。在此前提下，不同的机构具有不同的具体功能，并且随着航天技术的发展，特别是随着载人航天和深空探测技术的发展，空间飞行器机构的具体功能正在不断变化、发展和扩大。

发明内容

针对上述需求，本发明属于电机驱动的有源折叠式展开机构，完成一直线运动，可驱动实现长距离直线伸展。可用于使星载单机伸展至星外较远距离，以满足其功能实现需求，也可作为遮光罩等器件展开的驱动机构。

根据本发明提供的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，包括行星减速步进电机、电机丝杠组件、桁条伸缩机构，其中，行星减速步进电机驱动电机丝杠组件，电机丝杠组件将行星减速步进电机的电机转动转化为直线位移输出给桁条伸缩机构，以控制桁条伸缩机构的伸缩。

优选地，还包括底座、上座，桁条伸缩机构包括驱动臂、以及主要由连接臂构成的多个依次连接的菱形结构，其中，桁条伸缩机构下端的两条连接臂为下臂，下臂铰接于底座，在两条下臂与电机丝杠组件的丝杆连接盘之间分别连接有驱动臂，桁条伸缩机构的上端设置有上座。

优选地，桁条伸缩机构关于电机丝杠组件的直线位移输出方向呈轴对称。

优选地，菱形结构的数量为5个。

优选地，驱动臂连接于下臂的中部。

优选地，连接臂的截面为中空目字形。

优选地，各个菱形结构之间的变形一致。

由于采用了以上的技术方案，相对于现有技术，使得本发明具有以下的有益效果：

1、本发明设计构型简单，具有良好的加工工艺性和装配工艺性；

2、减速步进电机驱动，输出位移稳定可控；

3、桁条伸缩机构构型合理，能实现大位移输出，同时可根据需要改进方案，实现更大倍数的输出位移放大，实现方法简单有效。

4、通过采用复合材料碳纤维和零件构型轻量化设计，整个机构质量较轻，符合航天器需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、图2是本发明的航天器用大型直线式展开驱动机构的示意图；

图3、图4是本发明的航天器用大型直线式展开驱动机构的伸长一定量后的示意图；

图5是本发明的航天器用大型直线式展开驱动机构的功能实现基本流程图。

图中：

1-桁条伸缩机构；

2-行星减速步进电机；

3-单机丝杆组件；

4-丝杆支架；

5-底盘，底盘用于与星体相连；

6-上座，上座用于输出位移；

7-上臂；

8-中臂；

9-驱动臂；

10-丝杆连接盘；

11-下臂；

12-连接臂。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在发明的一个实施例中，应用于航天器的大型直线式展开驱动机构主要由电机丝杠组件和桁条伸缩机构两部分组成。通过行星减速步进电机工作驱动电机丝杠组件的丝杆转动，通过作为丝杠转接件的丝杆连接盘带动连接臂和驱动臂运动输出直线位移。所述电机丝杠组件的动力源为行星减速步进电机，实现可控转动稳定输出，通过电机丝杠组件，将电机转动转化为可靠的直线位移输出。

所述桁条伸缩机构的丝杠连接盘连接桁条伸缩机构，其中桁条伸缩机构与电机丝杠组件的连接端位于两短臂中间关节，保证关节与丝杠组件输出位移一致。所述桁条伸缩机构，采用菱形框架构型，如图2所示，桁条伸缩机构共分5个大小一致的菱形，另驱动臂与下臂构成一小菱形，当丝杠连接盘带动驱动臂关节上下运动，直线位移放大共由小菱形与大菱形的比例和大菱形的个数决定。如小菱形和大菱形边长比为1：4，共有5个大菱形，则从电机丝杠组件输出的直线位移将被放大4×5（=20）倍，从而实现大距离直线位移输出。

本发明所述大型直线式展开驱动机构的相关技术特点为：

1.本发明采用行星减速步进电机为动力源，可根据控制指令实现电机转动，同时保证了较低的转速、较大的驱动力矩，实现输出运动过程平稳可靠。

2.行星减速步进电机安装于丝杠外框端部，电机输出端通过联轴器与丝杠端头连接，从而将电机转动转化为可靠的丝杠连接盘的直线运动。

3.丝杠外框依靠丝杠支架支撑，同时丝杠电机组件与桁条伸缩机构均安装于底盘上，通过底盘与星体相连，具有较好的装配性能。

4.通过桁条伸缩机构合理设计可大幅扩大输出位移，可实现丝杠运动行程的几十倍扩大，实现大距离的直线式位移输出。

5.桁条伸缩机构采用菱形构型，具有较强的变形能力，保证在收缩时包络较小已符合卫星包络要求，展开到位后远离星体以满足功能需求。

6.丝杠连接盘与短臂关节相连，直接带动的是短臂与下臂构成的小菱形，同时小菱形与大菱形（下臂和中臂构成）嵌套，从而放大输出位移，该放大比为两菱形边长比。可在丝杠输出力大小适合的基础上，改变边长比，从而增大输出位移。

7.下臂、中臂、上臂构成5个大小一致的菱形，每个菱形变形一致，从而再次将输出位移放大。该放大比为臂构成的大菱形的个数。可根据需要，通过增加臂，从而增加菱形的个数，实现增大输出位移的目的。

8.本发明的机构大量采用轻量化设计，丝杠支架上采用减轻孔设计，臂上截面为中空目字形，在满足配合需求的基础上满足了轻量化设计。同时，包括丝杠、丝杠支架、臂等均以碳纤维材料加工而成，既符合零件刚度强度条件又能大大减轻质量。轻量化设计很好的适应了航天的需求。

9.各转动关节处采用螺接，保证连接可靠稳定。为保证转动关节摩擦小，转动灵活，紧固件与臂连接接头间有材料为聚四氟乙烯（PTFE）的摩擦垫以降低摩擦，同时转动关节配合部分为圆柱面和圆弧面，改面接触为线接触，大大降低摩擦力。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，包括行星减速步进电机、电机丝杠组件、桁条伸缩机构，其中，行星减速步进电机驱动电机丝杠组件，电机丝杠组件将行星减速步进电机的电机转动转化为直线位移输出给桁条伸缩机构，以控制桁条伸缩机构的伸缩。

2.根据权利要求1所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，还包括底座、上座，桁条伸缩机构包括驱动臂、以及主要由连接臂构成的多个依次连接的菱形结构，其中，桁条伸缩机构下端的两条连接臂为下臂，下臂铰接于底座，在两条下臂与电机丝杠组件的丝杆连接盘之间分别连接有驱动臂，桁条伸缩机构的上端设置有上座。

3.根据权利要求1所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，桁条伸缩机构关于电机丝杠组件的直线位移输出方向呈轴对称。

4.根据权利要求2所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，菱形结构的数量为5个。

5.根据权利要求2所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，驱动臂连接于下臂的中部。

6.根据权利要求2所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，连接臂的截面为中空目字形。

7.根据权利要求2所述的应用于航天器的大型直线式展开驱动机构，其特征在于，各个菱形结构之间的变形一致。

Images