一种变刚度可展机构及其测控方法技术

本发明专利技术公开了一种变刚度可展机构及其测控方法，能够实现两侧的两根豆荚杆的同步展收，带动动平台移动，进而实现两侧豆荚杆及动平台间安装的反射作用面的展收。两根豆荚杆通过增加激光测距装置，防止在展开过程中两侧豆荚杆展开过程中长度不一致。同时通过设计上下两部分绳驱动装置，对动平台位姿以及整体机构刚度进行调整，能够实现对展开的反射作用面平整度的调整以及整体机构的变刚度控制，使机构性能达到最优。本发明专利技术还具有一套测控系统，能够实时监测各部分运行状态，可对两侧豆荚杆展开机构以及绳驱动装置进行控制，并且在上位机上记录检测到的数据，操作方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械
和自动控制领域，具体来说是一种变刚度可展机构及其测控方法，可以实现对机构的监测和控制。
技术介绍
豆荚杆支撑式可展机构是可展机构中的一种典型形式，在卫星通讯、深空探测等航天重大工程中有广泛的应用。豆荚杆与连接杆形成支撑框架，反射作用面与支撑框架相连支撑成形。豆荚展开机构驱动处于卷曲的豆荚杆展开，进而带动豆荚杆支撑的反射作用面展开成形。现有豆荚展开机构展开过程中无法保证两根豆荚杆展开长度一致，会发生展开卡死以及由于展开不同步导致的反射作用面损坏等现象。另外，现有展开机构完全展开到位后，无法对反射作用面形面平整度进行调整，也无法对机构整体进行刚度调整及刚度增强，极大的影响了可展机构的整体性能。
技术实现思路
针对上述现有可展机构的不足之处，本专利技术提出一种变刚度可展机构及其测控方法，能够实现两根豆荚杆同步展开，并在机构完全展开时实现对反射作用面平整度的调整，同时还能对机构刚度进行调整，使其性能达到最优。本专利技术一种变刚度可展机构，包括机架、豆荚展开机构、动平台与驱动装置。所述豆荚展开机构为两套对称安装于机架左右两侧。两套豆荚展开机构中具有激光测距仪，用来测量豆荚杆的展开部分长度。豆荚杆展开部分前端端部安装有动平台，动平台具有在垂直于豆荚杆轴线平面内的转动副，且通过驱动装置实现转动；机架、豆荚杆的展开部分以及动平台间还安装有反射作用面，通过豆荚杆的展开与卷收，可实现反射作用面的展开与收拢。上述驱动装置采用绳驱动方式，为四套，位于反射作用面两侧各两套，左右设置；通过绕线辊上缠绕的绳索对动平台的两端上下位置进行牵拉，实现动平台的转动控制，进而调整反射作用面的平整度。本专利技术中驱动装置包括绕线辊、绳索、扭矩传感器、输出轴、箱体、编码器与蜗轮蜗杆机构；通过蜗轮蜗杆机构将蜗轮蜗杆电机的动力经扭矩传感器传递至绕线辊，控制绕线辊上缠绕的绳索的收放；扭矩传感器用来测量绕线辊上的扭矩；编码器用来测量蜗轮蜗杆驱动电机运动状态信息。上述激光测距仪、扭矩传感器、编码器结合上位机、运动控制器、数据采集卡共同构成测控系统；其中，数据采集卡接收激光测距仪测量的数据，传送给上位机，由上位机通过运动控制器控制两套豆荚展开机构中的滚筒电机同步运动；数据采集卡接收扭矩传感器测量的数据，传送给上位机，进而在绳索到达指定张力时，由上位机通过运动控制器控制滚筒电机与蜗轮蜗杆驱动电机运动停止。针对上述变刚度可展机构的测控方法，通过如下步骤实现：步骤1：操作开始，将上位机、数据采集卡与运动控制器初始化。步骤2：控制两个滚筒电机以相同的速度同时开始运动。步骤3：实时判断两个激光测距仪的测量值之差是否在设定的许可范围内；如果是，继续进行步骤4；如果否，则大测量值所对应的滚筒电机停止运动，小测量值所对应的滚筒电机继续运动，随后重复进行步骤3。步骤4：根据两个激光测距仪的测量值，进一步判断是否均达到设定目标值；如果是，则继续进行步骤5；如果否，则控制达到设定目标值得激光测距仪所对应的滚筒电机停止运动，未达到设定目标值对应的滚筒电机继续运动，随后重复步骤4。步骤5：两个滚筒电机停止运动，此时豆荚杆处于完全展开状态。步骤6：控制四个蜗轮蜗杆电机开始运动。步骤7：判断四个编码器监测的蜗轮蜗杆电机运动位移值是否达到设定值，以及四个扭矩传感器监测的扭矩值是否均达到设定值；如果是，则继续进行下一步；如果否，则扭矩值未达到设定值的蜗轮蜗杆电机继续运动；随后重复进行步骤7。步骤9：四个蜗轮蜗杆电机停止运动；此时反射作用面3达到指定平整度，变刚度可展机构达到指定刚度；操作结束。本专利技术的优点在于：1、本专利技术变刚度可展机构，能够实现两根豆荚杆同步展开，并在机构完全展开时实现对反射作用面平整度的调整，同时还能对机构刚度进行调整，使其性能达到最优；2、本专利技术变刚度可展机构，针对豆荚杆支撑式可展机构增加激光测距仪，用于实时监测两根豆荚杆展开长度，使得两根豆荚杆展开过程长度始终保持一致；3、本专利技术变刚度可展机构，在豆荚杆连杆处增添动平台，可以对反射作用面平整度进行调整，防止了反射作用面褶皱现象的发生；4、本专利技术变刚度可展机构，通过绳驱动装置中绳索的作用，可以实现对机构整体刚度的调整，实现机构刚度最优化；5、本专利技术变刚度可展机构的测控方法，能够对可展机构的所有动作进行控制，并监测相关数据，且上位机能自动记录检测的数据，操作简单、数据处理方便。附图说明图1为本专利技术变刚度可展机构整体示意图；图2为本专利技术变刚度可展机构中豆荚展开机构结构示意图；图3为本专利技术变刚度可展机构中连接杆部分结构示意图；图4为本专利技术变刚度可展机构中反射作用面结构示意图；图5为本专利技术变刚度可展机构中绳驱动装置结构示意图；图6为本专利技术变刚度可展机构中测控系统结构框图；图7为本专利技术变刚度可展机构的测控方法流程图。图中：1-机架2-豆荚展开机构3-连接杆部分4-反射作用面5-绳驱动装置6-上位机7-运动控制器8-数据采集卡101-安装台102-支撑梁201-左侧支架202-右侧支架203-滚筒204-激光测距仪205-豆荚杆206-豆荚杆连接件207-侧向横杆208-导向辊209-支撑片210-固定板301-豆荚杆连杆302-球铰303-动平台401-左侧连接点402-右侧连接点403-前侧连接点404-后侧连接点501-绕线辊502-绳索503-扭矩传感器504-输出轴505-箱体506-编码器具体实施方式下面结合附图来对本专利技术做进一步说明。本专利技术一种变刚度可展机构，包括机架1、豆荚展开机构2、连接杆部分3、反射作用面4、绳驱动装置5，如图1所示。所述机架1为矩形框架结构竖直放置；机架1中部与底部横向设置有水平框架结构安装台101，中部与底部安装台101间通过一体设计的支撑梁102支撑。所述豆荚展开机构2为两套，结构完全相同，包括左侧支架201、右侧支架202、滚筒203、激光测距仪204、豆荚杆205与豆荚杆连接件206，如图2所示。其中，左侧支架201与右侧支架202左右对称设置，均为末端圆形框架与前端矩形框架构成的一体框架结构。滚筒203设置于左侧支架201与右侧支架202中圆形框架之间，两端与左侧支架201和右侧支架202中圆形框架间通过轴承连接；滚筒203用于缠绕豆荚杆205压缩卷曲部分。左侧支架201与右侧支架202间不同位置通过相互平行设置的侧向横杆207相连，由侧向横杆207实现左侧支架201与右侧支架202间的稳固支撑。本实施例中侧向横杆207具有四根，其中两根侧向横杆207安装于左侧支架201和右侧支架202中圆形框架外缘，分别位于圆形框架末端上方与前端下方外缘处；另两根侧向横杆207安装于左侧支架201和右侧支架202中矩形框架外缘，分别位于矩形框架末端上部与下部外缘。左侧支架201与右侧支架202间不同位置还通过相互平行设置的导向辊208相连。由于豆荚杆205具有弹性变形特性，因此通过导向辊208防止豆荚杆205传输过程中弹起展开，起到压紧约束的作用。本实施例中导向辊208具有三根，其中两根导向辊208安装于左侧支架201和右侧支架202中圆形框架外缘，分别位于圆形框架顶端外缘，以及前端上方外缘处；另一根安装于左侧支架201和右侧支架202中矩形框架末端中部。左侧支架201与右侧支本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变刚度可展机构，包括机架、豆荚展开机构；豆荚展开机构为两套对称安装于机架左右两侧；其特征在于：两套豆荚展开机构中具有激光测距仪，用来测量豆荚杆的展开部分长度；豆荚杆展开部分前端端部安装有动平台，动平台具有在垂直于豆荚杆轴线平面内的转动副，且通过驱动装置实现转动；机架、豆荚杆的展开部分以及动平台间还安装有反射作用面。

【技术特征摘要】
1.一种变刚度可展机构，包括机架、豆荚展开机构；豆荚展开机构为两套对称安装于机架左右两侧；其特征在于：两套豆荚展开机构中具有激光测距仪，用来测量豆荚杆的展开部分长度；豆荚杆展开部分前端端部安装有动平台，动平台具有在垂直于豆荚杆轴线平面内的转动副，且通过驱动装置实现转动；机架、豆荚杆的展开部分以及动平台间还安装有反射作用面。2.如权利要求1所述一种变刚度可展机构，其特征在于：激光测距仪安装在豆荚杆展开机构的支架上，位于豆荚杆展开部分的末端位置；激光测距仪的发射端朝向动平台。3.如权利要求1所述一种变刚度可展机构，其特征在于：动平台中心通过球铰铰接于豆荚杆连杆中心位置，豆荚杆连杆两端与豆荚杆展开部分前端端部安装的豆荚杆连接件连接固定，进而实现动平台与豆荚杆展开部分前端端部间的连接。4.如权利要求1所述一种变刚度可展机构，其特征在于：反射作用面左侧边和右侧边分别与豆荚杆的展开部分间、前侧边与动平台间，以及后侧边与机架间均为点连接。5.如权利要求1所述一种变刚度可展机构，其特征在于：反射作用面左侧边和右侧边分别与豆荚杆的展开部分上沿轴向设置的连接头相连，且连接头与豆荚杆的展开部分间为滑动连接。6.如权利要求1所述一种变刚度可展机构，其特征在于：驱动装置采用绳驱动方式，为四套，位于反射作用面两侧各两套，左右设置；通过绳驱动的方式对动平台的两端上下位置进行牵拉。7.如权利要求6所述一种变刚度可展机构，其特征在于：驱动装置包括绕线辊、绳索、扭矩传感器、输出轴、箱体、编码器与蜗轮蜗杆机构；通过蜗轮蜗杆机构将蜗轮蜗杆电机的动力经扭矩传感器传递至绕线辊，控制绕线辊上缠绕的绳索的收放；扭矩传感器用来测量绕线辊上的扭矩；编码器用来测...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，肖航，张武翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11