高刚性同步展开折叠空间伸展臂制造技术

一种高刚性同步展开折叠空间伸展臂，由可重复扩展的可展开折叠桁架单元、驱动系统，电源系统及支承空间平台组成，可展开折叠桁架单元是组成一个伸展臂的最基本单元，单元之间可通过标准三角形接点连接，驱动系统位于伸展臂底端三角形空间内，与支承空间平台连接，同时与电源系统通过传动轴连接。本发明专利技术采用三棱柱桁架结构形式，具有几何稳定、结构刚度及单元可重复性高的特点，可实现同步展开折叠，保证展开精度和可重复性精度，可应用于大型通讯卫星、电子侦察星、空间站平台的可展开天线背架、太阳帆臂架、馈源支架、航天器附件连接机构等。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高刚性同步展开折叠空间伸展臂，可直接应用于大型空间可展开天线(通讯、侦察星)的支承背架、可伸展馈源支架、可展开太阳帆的支承体系、航天飞行器的附件连接机构等，属于航天科学
文献(K.Miura and H.Furuya，Variable geometry truss and space crane arm，Acta Astronautica，1988，12(7)599-607.)提出的变几何桁架可用于航天器的机械臂、支撑臂，但Stewart平台的接点复杂，每边中间接点为计算机控制的可伸展调节接点，技术难度大。文献(M.Eiden and O.Brunner，Depioyment of anaiysis of Olympus Astromastand comparison with test measurents，Journal of Spacecraft & Rocket，1987，24(1)63-68.)提出的伸展臂接点构造简单，结构刚度大。以螺旋形折叠，存储弹性变形能，通过解锁装置，释放弹性能，反向旋转展开。主要缺点是展开对平台冲击大，飞行器姿态难以控制。文献(K.Takagwki and O.Kakuma，Development of ahingeless mast and its application，Acta Astronautica，1988，17(3)341-346.)对这种伸展臂的接点，尤其是将三根纵向杆由分段改为无铰通长杆，仍然具有展开冲击大的缺点。文献(A.S.K.Kwan and S.Pellegrino，Active and passive cable elements indeployable/retractable masts，Int.J.Space Structures，1993，8(1&2)29-40.)提出剪式铰单元构成可展开折叠伸展臂，由主动索驱动展开，被动索维持机构稳定和增加刚度。伸展臂重量小，但主动索数量多，索路径复杂而且距离长，将导致展开折叠可靠性降低，收纳率低。文献(Chen Wujun，Guan Fuling，Design and structural analysis ofa deployable/retractable space mast，Journal of IASS，1998，39(2)111-116.)提出基于八面体单元构造可展开折叠空间伸展臂，亦采用主动索驱动展开，被动索维持体系稳定和改善伸展臂的结构刚度，展开单元具有独立性、刚度大，但接点、构件复杂，伸展臂展开可靠性、收纳率依然不是非常适合大型航天飞行器。为实现这样的目的，本专利技术的高刚性同步展开折叠空间伸展臂由可重复扩展的可展开折叠桁架单元、驱动系统，电源系统及支承空间平台组成。可展开折叠桁架单元是组成一个伸展臂的最基本单元，单元之间可通过标准三棱V字形接点连接。驱动系统位于伸展臂底端三角形空间内，与支承空间平台连接，同时与电源系统通过传动中心毂连接。可展开折叠桁架单元的具体结构为三根等长为L1的三角形水平杆件分别穿过相同滑动机构接点，三个一致的标准三棱V字形接点按照相同方法固定连接三根水平杆件，形成可展开折叠桁架单元的整体三角形横截面构件。一个可折叠展开接点连接两个等长的长度为L2的竖向杆件，组成一根可折叠展开竖向棱，L2＝2.1～2.25L1。三根可折叠展开竖向棱通过三棱V字形接点转动连接，构成三棱柱桁架单元。六根联杆连接三根竖向棱上下段竖杆间转动接点与上下两个整体三角形杆件上的滑动接点机构，上下联杆对偶连接。三根被动索连接三棱柱桁架单元侧面对角的三棱V字形接点。三个相同的三棱V字形接点转动连接相邻上下可展开折叠桁架单元的竖向棱杆端，向上或向下延续扩展可展开折叠桁架基本单元，达到具有特定高度尺寸的可展开折叠空间伸展臂。驱动系统在可展开折叠空间伸展臂连接支承空间平台的正中心安装一个传动中心毂，主动索环和供电的直流电机连接于传动中心毂。起点、终点都锁定于传动中心毂的主动索形成三个完全相同的闭合索环。一根主动闭合索环通过锁定机构将主动索起点锁定于传动中心毂，并从此开始，连接至三棱V字形接点处的竖向转动滑轮，绕过此竖向转动滑轮，然后沿支承空间平台三角形边连接到滑动机构接点锁定，继续连接到三角形边杆件另一端，并绕过此三棱V字形接点处的竖向转动滑轮，最后，连接到传动中心毂锁定，形成一个主动闭合索环。另外两个主动闭合索环具有一致的方向和连接方法。电源系统在可展开折叠空间伸展臂底座三角形支承空间平台中央安装传动中心毂，传动轴连接下部直流电机与上部传动中心毂，直流电机由双向遥控开关控制。按照逆时针或顺时针双向控制电机转动方向，自动实现伸展臂的伸展与折叠。支承空间平台驱动系统、可展开折叠空间伸展臂通过垫圈、螺栓连接件与支承空间平台连接。有效载荷系统可通过伸展臂顶部三棱V字形接点连接。展开折叠原理电机转动驱动传动轴，传动轴带动传动中心毂运动，进而传动中心毂带动三根主动闭合索环按照逆时针或顺时针运动，闭合索环带动锁定于其上的滑动机构接点沿三角形水平杆件运动。三个闭合索环带动三个滑动机构接点同步运动。三个滑动机构接点运动带动与其连接的联杆在三棱柱桁架单元侧面转动，联杆推动竖向棱中点下段绕底座三棱V字形接点转动。由于特殊的运动约束与空间几何关系，三个竖向棱同步转动将使竖向棱绕中点折叠接点转动，带动上竖杆、联杆、三角形整体同步升降，伸展臂展开。多个单元可展开折叠伸展臂具有完全一致的展开原理。当电机转动方向相反，传动中心毂、主动闭合索环按照相反方向运动，伸展臂进行折叠过程运动。本专利技术的有益效果有1)采用三棱柱桁架结构形式，具有几何稳定、结构刚度及单元可重复性高的特点。2)实现同步展开折叠。3)具有特殊几何与运动约束的空间联杆体系，机构简单、驱动方式、传递路径简洁明确，展开折叠具有同步性、可靠性，收纳率高。4)主动闭合索环进行展开和折叠驱动，具有止动和稳定作用。三棱V字形接点90°铰、竖向棱中点180°折叠铰可准确限制竖向棱转动范围，保证展开精度和可重复性精度。5)三棱柱桁架基本单元具有一致性、重复性、可扩展性，可满足不同的高度、截面大小要求。本专利技术可应用于大型通讯卫星、电子侦察星、空间站平台的可展开天线背架、太阳帆臂架、馈源支架、航天器附件连接机构等。附图说明图1所示为两个可展开折叠桁架单元的空间伸展臂。图中(1)为三角形水平杆件，(2)为竖向杆件，(3)为联杆，(4)为被动索，(5)为标准三棱V字形接点，(6)可折叠展开接点，(7)为转动接点，(8)为底座滑动机构接点，(9)为滑动机构接点，(10)为底座三棱V字形接点，(11)为竖向转动滑轮，(12)为主动闭合索环，(13)为锁定件，(14)为传动中心毂，(15)为传动轴，(16)为直流电机，(17)为垫圈连接件，(18)为螺栓连接件，(19)为支承空间平台，(20)为顶部滑动机构接点，(21)为顶部三棱V字形接点。图2为本专利技术空间伸展臂主视图。传动轴(15)连接传动中心毂(14)与直流电机(16)。三个底座三棱V字形接点(10)连接竖向杆件(2)与支承空间平台(19)。图3为本专利技术空间伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高刚性同步展开折叠空间伸展臂，其特征在于由可展开折叠桁架单元、驱动系统、电源系统及支承空间平台组成，可展开折叠桁架单元中，三根等长的三角形水平杆件（１）分别穿过三个滑动机构接点（９），固定连接三个标准三棱Ｖ字形接点（５），形成整体三角形横截面构件，一个可折叠展开接点（６）连接两个等长竖向杆件（２）组成一根可折叠展开竖向棱，三根可折叠展开竖向棱通过标准三棱Ｖ字形接点（５）与上下两个整体三角形横截面构件转动连接，构成三棱柱桁架单元，六根联杆（３）分别连接竖向杆件（２）间的转动接点（７）及三角形水平杆件（１）间的滑动机构接点（９），上下联杆对偶连接，三根被动索（４）连接三棱柱桁架单元三个侧面对角的三棱Ｖ字形接点（５），三个底座三棱Ｖ字形接点（１０）连接三根等长三角形水平杆件（１）构成一个底端整体三角形横截面构件，三角形水平杆件（１）连接底部滑动机构接点（８），支承空间平台（１９）的中心安装的传动中心毂（１４）连接主动闭合索环（１２）和直流电机（１６），三根主动索的起点通过锁定件（１３）锁定于传动中心毂（１４）上，再分别绕经底座水平三角形杆件（１）两端处的竖向转动滑轮（１１），连至传动中心毂（１４）上锁定，形成三个相同的主动闭合索环（１２），可展开折叠桁架单元通过标准三棱Ｖ字形接点（５）连接扩展为多个可展开折叠桁架单元。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈务军，付功义，关富玲，周述华，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]