本发明专利技术公开了一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置，其包括基于磁流变液的旋转缓冲装置、连接铰链、锁定定位机构及绝对角度检测机构。本发明专利技术用在空间折展机构中，如大型可折展天线和太阳能帆板阵列等，其作用是折展机构展开至目标角度时能够迅速衰减锁定冲击，在展开锁定后的服役阶段能够抑制由外界环境引起的展开阵列间的振动，并且在相邻连接装置间实现特定展开角度的定位和锁定。该装置可以在太阳能帆板阵列中应用，还可作为空间折展机构复合铰链的通用装置。
【技术实现步骤摘要】
一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置
本专利技术属于磁流变材料的应用技术及机械定位与锁定
，特别涉及磁流变液/胶泥、连接铰链及锁定定位装置。
技术介绍
无源一次展开机构是现阶段太阳能帆板阵列的主要展开手段，一般是以扭转弹簧为展开驱动，相邻的太阳能帆板、连接架及卫星本体之间采用铰链进行连接，同时利用绳索联动装置对各部件的运动进行同步，帆板阵列通过压紧机构收拢折叠于星体侧壁上，扭转弹簧安装在铰链内。展开时，利用火工释放装置断开预紧绳索，帆板就在预紧扭簧的驱动下展开成一个平面。相对于有源展开机构，其结构简单，质量轻，可靠性高。但因为是靠预紧扭转弹簧提供展开驱动力，考虑到扭簧的展开过程扭矩是逐渐减小的，为了保证展开的可靠性，驱动扭簧的静力矩裕度必须大于1，故在展开末端会有较多的剩余能量，其中部分能量转化为冲击载荷，所以，需要考虑采用一定技术抑制该冲击。另一方面，需要考虑相邻连接装置间（星体与连接架、连接架与帆板、帆板与帆板）在特定展开角度的定位和锁定技术。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置，该装置是可控的具有抗锁定冲击的连接铰链，同时具有定位（特定角度，如90°、180°）和展开锁定（转动方向的锁定）的功能。本专利技术的目的是这样实现的：一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置，其包括基于磁流变液的旋转缓冲装置、连接铰链、锁定定位机构及绝对角度检测机构。所述基于磁流变液的旋转缓冲装置包括磁流变液、旋转主轴、内筒、励磁线圈和外筒。外筒和内筒分别与上端的锁定端侧面板及下端的传感器端侧面板螺纹紧固连接，励磁线圈绕置于内筒外侧的安装槽中，磁流变液装于内筒中。旋转主轴穿过内筒中心，分别通过滚动轴承及O型密封圈与锁定端侧面板及传感器端侧面板连接，在内筒中的旋转主轴上对称设置有两片叶片，所述内筒内壁上对称设置有两片挡片，挡片控制旋转主轴叶片的最大旋转角度不超过目标旋转角度；相邻叶片和挡片之间形成一个液体腔，腔体里面充满磁流变液。所述锁定定位机构包括锁定装置运动导槽、锁定装置支撑架、预紧弹簧、锁定销、锁定孔和所述锁定端侧面板；锁定装置支撑架通过定位键槽安装在旋转主轴上，预紧弹簧及锁定销自由放置于锁定装置支撑架的柱形孔中；在所述锁定端侧面板上有锁定装置运动导槽，锁定装置运动导槽的末端有锁定孔；所述锁定销在预紧弹簧的推动及柱形孔的约束下，旋转主轴旋转过程中锁定销保持与锁定运动导槽底面接触，并在运动到锁定孔位置实现锁定。所述绝对角度检测机构包括由发光器件、准直透镜/透镜组、参考光栅、光强接收装置组成的角度传感器装置、以及圆盘光栅、圆盘光栅安装基座和所述传感器端侧面板；所述度传感器装置中的发光器件、准直透镜/透镜组、参考光栅和光强接收装置均固定安装于传感器端侧面板上，圆盘光栅固定安装于圆盘光栅安装基座上，圆盘光栅安装基座通过定位键槽安装在旋转主轴上，在旋转主轴旋转运动中与之在旋转方向上保持一致，有相同的旋转角度。所述发光器件与参考光栅的刻线、圆盘光栅的刻线及光强接收装置位于同一条轴线上。所述连接铰链包括卫星连接板和太阳能帆板连接架连接板，卫星连接板与外筒采用紧固螺钉连接固定，太阳能帆板连接架连接板与旋转主轴连接固定。本专利技术的基于磁流变液的旋转缓冲装置通过旋转主轴在充满磁流变液的缸筒内转动，推动磁流变液在所述旋转主轴和所述内筒间及所述外筒和所述主轴间的空隙流动，在所述线圈未通电时（即无磁场环境下）所述磁流变液类似于普通的黏性油液，呈现出牛顿流体的特性，而在磁场下其表观黏度急剧增大，为非牛顿体，呈现出类固体的特性且该过程是连续可逆变化的。故当所述线圈通电后，缸筒内将充满沿缸筒轴向的磁场，此时由于所述旋转主轴的推动作用下产生垂直于轴向的周向运动，即所述磁流变液的流动方向与磁场方向垂直，根据相关理论，该条件下可以产生最大化的磁流变效应。因此，可以通过改变励磁线圈中电流的方式来改变装置的阻尼特性，从而抑制可能的结构振动，如在可展开太阳能帆板阵列中，到位锁定阶段迅速衰减锁定冲击，并可在展开锁定后的服役阶段抑制由外界环境引起的帆板间振动。本专利技术的锁定定位机构对特定展开角度进行定位，锁定支撑架随旋转主轴，锁定销沿锁定运动导槽的运动，当旋转到特定角度（如90度、180度）时，恰好对应于在锁定导槽中设置的锁定孔，此时所述锁定销在预紧弹簧的作用下进入锁定孔内，从而实现到位锁定。本专利技术的绝对角度检测机构实时监测展开角度，由于圆盘光栅与旋转主轴同步旋转，发光器件（如发光二极管）发出的光经准直透镜/透镜组转换成平行光，然后通过参考光栅与圆盘光栅，最后由光强接收装置等检测并输出相应脉冲信号，从而得到当前的旋转角度/角速度。可见，本专利技术用在太阳能帆板阵列中，可以在展开太阳能帆板到位锁定阶段时迅速衰减锁定冲击，并可在展开锁定后的服役阶段抑制由外界环境引起的帆板间振动，并且在相邻连接装置间（星体与连接架、连接架与帆板、帆板与帆板）在特定展开角度实现定位和锁定。该装置可以在太阳能帆板阵列中应用，还可作为空间折展机构复合铰链的通用装置。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1是磁流变液的铰链复合装置中的总体结构示意图；图2是图1所示结构的剖面展开视图；图3是磁流变液的铰链复合装置中缸筒的相关结构剖视图；图4是磁流变液的铰链复合装置中的到位锁定装置结构示意图；图5是磁流变液的铰链复合装置中的角度/角速度监测装置结构示意图；图6是展开锁定状态的磁流变铰链结构示意图；图7是折叠状态的磁流变铰链结构示意图；图8是磁流变铰链复合装置在实施例星载太阳能帆板系统的结构布置示意图。图中，旋转主轴-1、锁定装置运动导槽-2、锁定装置支撑架-3、预紧弹簧-4、锁定销-5、锁定孔-6、励磁线圈-7、磁流变液-8、O型密封圈-9、发光器件-10、准直透镜/透镜组-11、参考光栅-12、光强接收装置-13、圆盘光栅-14、锁定装置安装键槽-15、锁定端侧面板-16、外筒-17、内筒-18、传感器端侧面板-19、圆盘光栅安装基座-20、紧固螺钉-21、滚动轴承-22、U形连接板-23、T形连接板-24、太阳能帆板一-25、板间连接铰链一-26、太阳能帆板三-27、连接架与帆板间的连接铰链一-28、卫星本体-29、连接架二-30、连接架与帆板间连接铰链-31、板间连接铰链三-32、板间连接铰链四-33、太阳能帆板六-34、太阳能帆板五-35、太阳能帆板四-36、磁流变铰链复合装置二-37、磁流变铰链复合装置一-38、连接架一-39、板间连接铰链二-40、太阳能帆板二-41。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的保护范围。参见图1和图2，铰链复合装置包括基于磁流变液的旋转缓冲装置、连接铰链、锁定定位机构及绝对角度检测机构，具有角度定位和锁定功能和磁流变阻尼缓冲功能。参见图3，基于磁流变液的旋转缓冲装置由磁流变液8、旋转主轴1、内筒18、励磁线圈7和外筒17等组成。参见图4，锁定定位机构由锁定装置运动导槽2、锁定装置支撑架3、预紧弹簧4、锁定销5、锁定孔6和所述锁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置，其特征在于：包括基于磁流变液的旋转缓冲装置、连接铰链、锁定定位机构及绝对角度检测机构；所述基于磁流变液的旋转缓冲装置包括磁流变液（8）、旋转主轴（1）、内筒（18）、励磁线圈（7）和外筒（17）；外筒（17）和内筒（18）分别与上端的锁定端侧面板（16）及下端的传感器端侧面板（19）紧固连接，励磁线圈（7）绕置于内筒（18）外侧的安装槽中，磁流变液（8）装于内筒（18）中；旋转主轴（1）穿过内筒（18）中心，分别通过滚动轴承（22）及O型密封圈（9）与锁定端侧面板（16）及传感器端侧面板（19）连接，在内筒（18）中的旋转主轴（1）上设置有两叶片（1‑1），所述内筒（18）内壁上设置有两挡片（18‑1），挡片控制旋转主轴叶片的最大旋转角度不超过目标旋转角度，相邻叶片和挡片之间形成一个液体腔，腔体里面充满磁流变液；所述锁定定位机构包括锁定装置运动导槽（2）、锁定装置支撑架（3）、预紧弹簧（4）、锁定销（5）、锁定孔（6）和所述锁定端侧面板（16）；锁定装置支撑架（3）通过定位键槽安装在旋转主轴（1）上，预紧弹簧（4）及锁定销（5）自由放置于锁定装置支撑架（3）的柱形孔中；在所述锁定端侧面板（16）上有锁定装置运动导槽（2），锁定装置运动导槽（2）的末端有锁定孔（6）；所述锁定销（5）在预紧弹簧（4）的推动及柱形孔的约束下，旋转主轴（1）旋转过程中锁定销（5）保持与锁定运动导槽（2）底面接触，并在运动到锁定孔（6）位置实现锁定；所述绝对角度检测机构包括由发光器件（10）、准直透镜/透镜组（11）、参考光栅（12）、光强接收装置（13）组成的角度传感器装置、以及圆盘光栅（14）、圆盘光栅安装基座（20）和所述传感器端侧面板（19）；所述角度传感器装置中的发光器件（10）、准直透镜/透镜组（11）、参考光栅（12）和光强接收装置（13）均固定安装于传感器端侧面板（19）上，圆盘光栅（14）固定安装于圆盘光栅安装基座（20）上，圆盘光栅安装基座（20）通过定位键槽安装在旋转主轴（1）上，在旋转主轴（1）旋转运动中与之在旋转方向上保持一致，有相同的旋转角度；所述发光器件与参考光栅的刻线、圆盘光栅的刻线及光强接收装置位于同一条轴线上；所述连接铰链包括卫星连接板（24）和太阳能帆板连接架连接板（23），卫星连接板（24）与外筒（17）采用紧固螺钉（21）连接固定，太阳能帆板连接架连接板（23）与旋转主轴（1）连接固定。...
【技术特征摘要】
1.一种具有角度定位和锁定功能的磁流变铰链复合装置，其特征在于：包括基于磁流变液的旋转缓冲装置、连接铰链、锁定定位机构及绝对角度检测机构；所述基于磁流变液的旋转缓冲装置包括磁流变液（8）、旋转主轴（1）、内筒（18）、励磁线圈（7）和外筒（17）；外筒（17）和内筒（18）的上端分别与锁定端侧面板（16）紧固连接，下端分别与传感器端侧面板（19）紧固连接，励磁线圈（7）绕置于内筒（18）外侧的安装槽中，磁流变液（8）装于内筒（18）中；旋转主轴（1）穿过内筒（18）中心，分别通过滚动轴承（22）及O型密封圈（9）与锁定端侧面板（16）及传感器端侧面板（19）连接，在内筒（18）中的旋转主轴（1）上设置有两叶片（1-1），所述内筒（18）内壁上设置有两挡片（18-1），挡片控制旋转主轴叶片的最大旋转角度不超过目标旋转角度，相邻叶片和挡片之间形成一个液体腔，腔体里面充满磁流变液；所述锁定定位机构包括锁定装置运动导槽（2）、锁定装置支撑架（3）、预紧弹簧（4）、锁定销（5）、锁定孔（6）和所述锁定端侧面板（16）；锁定装置支撑架（3）通过定位键槽安装在旋转主轴（1）上，预紧弹簧（4）及锁定销（5）自由放置于锁定装置支撑架（3）的柱形孔中；在所述锁定端侧面板（16）上有锁定装置运动导槽（2），锁定装置运动导槽（2）的末端有锁定孔（6）；所述锁定销（5）在预紧弹簧（4）的推动及柱形孔的约束下，旋转主轴（1）旋转过程中锁定销...
【专利技术属性】
技术研发人员：余淼，温明富，浮洁，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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