一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，包括剪刀式展开单元和支撑驱动单元；支撑驱动单元包括支柱和滑动盘，剪刀式展开单元包括第一级展开单元和第二级展开单元；第一级展开单元包括相同的两根第一杆件、带滑槽的滚动铰和带凸台的滚动铰；第二级展开单元包括相同的两根第二杆件、带滑槽的滚动铰和带凸台的滚动铰；本发明专利技术支撑驱动单元和套筒式拉索单元处于展开状态时滑动盘与支柱底盘贴合，套筒通过内部锁定机构锁定位置，拉索处于绷紧状态，结构锁定后稳定性好，可满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求。

A scissor type deployable antenna mechanism based on rolling hinge

【技术实现步骤摘要】
一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构
本专利技术涉及一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，属于航天器材与设备

技术介绍
当前，对地球以外的空间进行探测已成为世界各国科学界的热点研究内容，各种形式的空间探索任务中均离不开空间机构，而可展开支撑机构则是空间机构中形式最为丰富、研究最早、应用最为广泛的一种。可展开支撑机构在各种空间探测任务中主要是用来驱动柔性太阳能电池帆板，组成太空望远镜、孔径雷达与卫星天线等。随着深空探测技术的飞速发展以及复杂探测任务的需求，对高收纳比、大刚度、易驱动锁定、超轻型的可展开支撑机构的需求越来越迫切。可展开支撑机构发展至今日，其结构形式各种各样，其中铰接式可展开支撑机构具有大刚度、高可靠性、大承载能力的特点，得到广泛应用，但现有的铰接式可展开支撑机构由于普通转动铰接而多具有收纳比较低的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，由剪刀式展开单元、支撑驱动单元和拉索组成，解决现有的铰接式可展开支撑机构收纳比低、转动铰接厚度干涉的问题。本专利技术解决技术的方案是：一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，包括剪刀式展开单元和支撑驱动单元；支撑驱动单元包括支柱和滑动盘，剪刀式展开单元包括第一级展开单元和第二级展开单元；第一级展开单元包括相同的两根第一杆件、带滑槽的滚动铰和带凸台的滚动铰；第二级展开单元包括相同的两根第二杆件、带滑槽的滚动铰和带凸台的滚动铰；<br>第一级展开单元中的两根第一杆件在两杆中心处转动连接，第一杆件的一端转动连接于滑动盘，第一杆件的另一端通过带滑槽的滚动铰或带凸台的滚动铰与第二级展开单元中的第二杆件滚动铰接；第一级展开单元中的另一根第一杆件的一端转动连接于支柱，第一杆件的另一端通过带滑槽的滚动铰或带凸台的滚动铰与第二级展开单元中的第二杆件滚动铰接；第二级展开单元中的两根第二杆件在两杆中心处转动连接，第二杆件的两端分别通过带滑槽的滚动铰或带凸台的滚动铰与相邻剪刀式展开单元滚动铰接；在完全展开及收拢状态下，每级展开单元的两根杆件可转动至同一平面内；支柱穿过滑动盘的中心，通过滑动盘的上下移动，带动第一级展开单元展开或收拢，从而带动后续第二级展开单元展开与收拢。进一步的，在整个机构收拢状态下展开时，在第一级展开单元与滑动盘、支柱底座转动连接处施加径向驱动力，驱动使滑动盘发生移动，从而带动整个机构展开。进一步的，通过成组增加第二级展开单元对天线机构进行扩展。进一步的，还包括套筒式拉索单元及滑动立柱，滑动立柱与支柱同轴套接，套筒式拉索单元包括滑动套筒和拉索，滑动套筒套接在滑动立柱上，展开单元展开时，滑动立柱向下移动至极限位置并通过支柱位置锁定件锁定滑动立柱位置，完全展开到位后滑动套筒移动，张紧拉索，通过滑动立柱上的位置锁定件锁定滑动套筒张紧位置。进一步的，拉索一端固定连接在滑动套筒上，另一端固定在每级展开单元两杆中心处的铰接轴上，展开单元收拢状态下，拉索缠绕式收拢于支柱及滑动立柱中，展开单元展开过程中，固定连接在每级展开单元两杆中心处的铰接轴上的拉索一端随着天线机构的展开而拉动，展开单元完全展开到位后滑动套筒移动，张紧拉索，通过滑动立柱上的位置锁定件锁定滑动套筒张紧位置。进一步的，展开单元所在平面可搭载与其平面形状相适应的单向透光薄膜或索网式天线网面，用于组网成大型空间曲面可展开天线结构。进一步的，相邻展开单元收拢时杆件间可完全贴合。进一步的，无论扩展过少个第二级展开单元，天线机构自由度均为1。进一步的，带滑槽的滚动铰与带凸台的滚动铰通过金属丝滚动铰接。进一步的，第一杆件和第二杆件均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成，拉索为凯夫拉绳或碳纤维绳。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术支撑驱动单元和套筒式拉索单元处于展开状态时滑动盘与支柱底盘贴合，套筒通过内部锁定机构锁定位置，拉索处于绷紧状态，结构锁定后稳定性好，可满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求；(2)本专利技术展开单元所在平面可搭载与其平面形状相适应的单向透光薄膜或索网式天线网面，能够更高精度的搭载膜类结构，用于组网成大型空间曲面可展开天线结构；(3)本专利技术通过展开单元作为折展基本单元，构造简单，制造容易，成本较低，展开机构收拢后体积小，重量轻，收纳比不低于5％；(4)本专利技术应用范围较广，可应用于驱动柔性太阳能电池帆板，组成太空望远镜、孔径雷达与卫星天线等。附图说明图1是本专利技术机构完全展开示意图；图2是本专利技术机构不带拉索的收拢状态示意图；图3、4是本专利技术机构展开过程示意图；图5是本专利技术机构不带拉索完全展开状态局部示意图；图6是本专利技术展开单元示意图；图7是本专利技术第一杆件示意图；图8是本专利技术第二杆件示意图；图9是本专利技术滚动铰铰接示意图；图10是本专利技术滑动盘与滑动支柱、套筒配合示意图；图11是本专利技术展开单元联动机构运动简图；具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。本专利技术提出一种滚动铰式剪叉展开机构，该机构具有组成简单、折叠状态体积较小、收纳比高、可利用电机直接驱动、可利用拉索稳定结构的特点。所述的高收纳比展开机构由滚动铰、杆件、支撑驱动单元、拉索单元组成，每个可展开单元包含两个等长杆件，两对滚动铰。可在滑动盘上安装电机，用以驱动滑动盘上下移动，带动杆件展开；在套筒内部安装电机，用以驱动套筒上下移动，通过内部锁定装置锁定最终位置用以支撑拉索；拉索一端部与滚动铰相接，天线机构的运动带动拉索的拉长与最终的拉紧。具体的，如图2所示，一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，包括剪刀式展开单元和支撑驱动单元；支撑驱动单元包括支柱4和滑动盘8，剪刀式展开单元包括第一级展开单元和第二级展开单元；如图7-9所示，第一级展开单元包括相同两根第一杆件5、带滑槽的滚动铰1、带凸台的滚动铰2；第二级展开单元包括相同的两根第二杆件6、带滑槽的滚动铰1、带凸台的滚动铰2；第一级展开单元中的两根第一杆件5在两杆中心处转动连接，通过圆头螺柱10和圆螺母9的配合实现转动连接，第一杆件5的一端转动连接于滑动盘8，第一杆件5的另一端通过带滑槽的滚动铰1或带凸台的滚动铰2与第二级展开单元中的第二杆件6滚动铰接；第一级展开单元中的另一根第一杆件5的一端转动连接于支柱4，第一杆件5的另一端通过带滑槽的滚动铰1或带凸台的滚动铰2与第二级展开单元中的第二杆件6滚动铰接；第二级展开单元中的两根第二杆件6在两杆中心处转动连接，第二杆件6的两端分别通过带滑槽的滚动铰1或带凸台的滚动铰2与相邻剪刀式展开单元滚动铰接；在完全展开及收拢状态下，每级展开单元的两根杆件可转动至同一平面内；支柱4穿过滑动盘8的中心，通过滑动盘8的上下移动，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，其特征在于，包括剪刀式展开单元和支撑驱动单元；/n支撑驱动单元包括支柱(4)和滑动盘(8)，/n剪刀式展开单元包括第一级展开单元和第二级展开单元；/n第一级展开单元包括相同的两根第一杆件(5)、带滑槽的滚动铰(1)和带凸台的滚动铰(2)；/n第二级展开单元包括相同的两根第二杆件(6)、带滑槽的滚动铰(1)和带凸台的滚动铰(2)；/n第一级展开单元中的两根第一杆件(5)在两杆中心处转动连接，第一杆件(5)的一端转动连接于滑动盘(8)，第一杆件(5)的另一端通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与第二级展开单元中的第二杆件(6)滚动铰接；/n第一级展开单元中的另一根第一杆件(5)的一端转动连接于支柱(4)，第一杆件(5)的另一端通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与第二级展开单元中的第二杆件(6)滚动铰接；/n第二级展开单元中的两根第二杆件(6)在两杆中心处转动连接，第二杆件(6)的两端分别通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与相邻剪刀式展开单元滚动铰接；/n在完全展开及收拢状态下，每级展开单元的两根杆件可转动至同一平面内；/n支柱(4)穿过滑动盘(8)的中心，通过滑动盘(8)的上下移动，带动第一级展开单元展开或收拢，从而带动后续第二级展开单元展开与收拢。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，其特征在于，包括剪刀式展开单元和支撑驱动单元；
支撑驱动单元包括支柱(4)和滑动盘(8)，
剪刀式展开单元包括第一级展开单元和第二级展开单元；
第一级展开单元包括相同的两根第一杆件(5)、带滑槽的滚动铰(1)和带凸台的滚动铰(2)；
第二级展开单元包括相同的两根第二杆件(6)、带滑槽的滚动铰(1)和带凸台的滚动铰(2)；
第一级展开单元中的两根第一杆件(5)在两杆中心处转动连接，第一杆件(5)的一端转动连接于滑动盘(8)，第一杆件(5)的另一端通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与第二级展开单元中的第二杆件(6)滚动铰接；
第一级展开单元中的另一根第一杆件(5)的一端转动连接于支柱(4)，第一杆件(5)的另一端通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与第二级展开单元中的第二杆件(6)滚动铰接；
第二级展开单元中的两根第二杆件(6)在两杆中心处转动连接，第二杆件(6)的两端分别通过带滑槽的滚动铰(1)或带凸台的滚动铰(2)与相邻剪刀式展开单元滚动铰接；
在完全展开及收拢状态下，每级展开单元的两根杆件可转动至同一平面内；
支柱(4)穿过滑动盘(8)的中心，通过滑动盘(8)的上下移动，带动第一级展开单元展开或收拢，从而带动后续第二级展开单元展开与收拢。


2.如权利要求1所述的一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，其特征在于，在整个机构收拢状态下展开时，在第一级展开单元与滑动盘(8)、支柱(4)底座转动连接处施加径向驱动力，驱动使滑动盘(8)发生移动，从而带动整个机构展开。


3.如权利要求1所述的一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，其特征在于，通过成组增加第二级展开单元对天线机构进行扩展。


4.如权利要求1所述的一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构，其特征在于，还包括套筒式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛媛，吴桐，李萌，耿新宇，仝照远，崔程博，翟家跃，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11