一种空间二维同心转动关节制造技术

一种空间二维同心转动关节，涉及航天器空间运动机构领域；包括同心转动基体、2个关节支座、2个滑轮组、滚珠导向管和动作绳；其中，同心转动基体为一体成型的两个垂直交叉的轮胎状结构；两个轮胎状结构为中空结构，且交点位于两个轮胎状结构的中心位置；2个关节支座分别固定安装在相邻两个轮胎状结构的圆弧外表面；2个滑轮组分别固定安装在2个关节支座的内部；滚珠导向管固定安装在关节支座上端的外壁；动作绳沿轮胎状结构轴向环绕在同心转动基体的外壁，且动作绳穿过细长通孔伸入关节支座内，环绕在滑轮组的滑轮外壁；本发明专利技术结构形式简洁、环境适应性强、可靠性高、资源占用率低，可广泛应用于各类航天器上空间展开机构的运动关节机构单元上。

A spatial two dimensional concentric rotating joint

A two-dimensional concentric rotating joint relates to spacecraft motion field; including concentric rotation matrix, 2 joint bearings, 2 pulleys, ball guide tube and action rope; the concentric rotation matrix forming one of the two vertical cross tire structure; two tire structure is hollow. The center position and the intersection point is located two tire structure; 2 joint bearings are arranged on the outer surface of the arc adjacent two tire structure; internal 2 pulleys are arranged on the 2 joint bearing; ball guide pipe is fixed on the upper end of the outer wall of the joint bearing rope along the axial direction of tire shape action; the outer wall structure around the rotation matrix in the concentric, and the action of the rope through the hole into the elongated joint support within the outer wall around the pulley pulley; the structure of the invention is simple in form, With strong environmental adaptability, high reliability and low resource occupancy, it can be widely used in the motion joint mechanism unit of space deployable mechanism on various spacecraft.

【技术实现步骤摘要】
一种空间二维同心转动关节
本专利技术涉及一种航天器空间运动机构领域，特别是一种空间二维同心转动关节。
技术介绍
随着航天器在轨服役期间任务种类的增加和功能需求的提升，越来越多的航天器需要采用空间运动机构的协助来完成规定的任务，有些空间运动机构已成为航天器(如国际空间站机械手、火星探测机器人等)在轨期间执行任务的核心和主要手段，大量空间运动机构的使用提高了航天器在轨执行任务的灵活性、自主性和时效性。空间展开机构是最为常见的一种空间运动机构，其工作原理是在动力源的驱动下完成对结构件的展开、收拢和转动等功能，并通过多个结构件之间的运动配合来实现整套空间展开机构的预定功能。典型的空间展开机构都采用了人体仿生学中对“手臂”模拟的设计思路，主结构多是由两根或多根杆结构组成，杆结构之间多采用运动关节进行连接，通过动力源驱动运动关节实现杆结构之间的相对运动，通过杆结构组之间的运动配合实现整套空间展开机构的系统运动，进而完成空间展开机构整体规定动作的执行，实现特定的功能。因此，运动关节决定了空间展开机构的运动特性，是整套系统的关键。由于航天器任务的特殊性，空间运动关节在设计上重点需要考虑的问题是如何提高可靠性、如何降低资源占用率以及如何提高任务执行的效率。根据目前在航天器上使用的各类运动关节的应用效果来看，普遍存在如下缺点：(1)系统复杂：运动关节的功能多通过伺服电机来实现，伺服电机安装于两结构件之间，伺服电机以及所需的安装结构复杂，同时伺服电机需要供电、控制以及信号采集等的电路系统，进一步增加了系统的复杂性。(2)使用环境受限：由于电机的存在，电机转动过程中必然会产生振动、噪声以及电磁场，一些安装于展开机构上且对振动、噪声和电磁环境敏感的设备是无法适应的。另一方面，电机一般都会对航天器或展开机构所提供的安装环境(安装精度、力学环境、热环境等)提出要求，在某些情况下要求很高，需要设计严格保证。这些特点都将使运动关节的使用环境受到限制。(3)可靠性低：系统设计复杂、使用环境要求严格都将导致系统可靠性的降低，特别是对使用环境的依赖性，提高了外界环境因素对系统可靠性的影响程度，降低了系统的可靠性。(4)资源占用率高：系统的复杂性必然带来重量、体积和电功耗的增加，这些资源对于任何航天器都是非常宝贵的；另一方面，对使用环境的高敏感度只能通过增加配置来克服，如增加系统冗余、结构加强等手段，进一步增加了系统资源的占用率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种空间二维同心转动关节，结构形式简洁、环境适应性强、可靠性高、资源占用率低，可广泛应用于各类航天器上空间展开机构的运动关节机构单元上。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种空间二维同心转动关节，包括同心转动基体、2个关节支座、2个滑轮组、滚珠导向管和动作绳；其中，同心转动基体为一体成型的两个垂直交叉的轮胎状结构；两个轮胎状结构为中空结构，且交点位于两个轮胎状结构的中心位置；2个关节支座分别固定安装在相邻两个轮胎状结构的圆弧外表面；2个滑轮组分别固定安装在2个关节支座的内部；滚珠导向管固定安装在关节支座上端的外壁；关节支座的外壁中部开有细长通孔；动作绳沿轮胎状结构轴向环绕在同心转动基体的外壁，且动作绳穿过细长通孔伸入关节支座内，环绕在滑轮组的滑轮外壁。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述同心转动基体的2个轮胎状结构沿周向的中心位置设置有圆周凹槽状绳道；动作绳环绕嵌入在绳道的凹槽中。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述绳道的两侧对称设置有两个凹槽状滚道；滚道沿周向环绕设置在同心转动基体的2个轮胎状结构的外壁；滚道与绳道间隔为2-5mm。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述同心转动基体中轮胎状结构的直径为50-100mm，轴向宽度为的直径长度；同心转动基体的材料为碳化硅、钛合金、铝镁合金或铍铝合金中的一种。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述滑轮组包括动滑轮和2个定滑轮；其中，动滑轮和定滑轮直径均为10-15mm；2个定滑轮对称设置在动滑轮的两侧；动作绳分别环绕2个定滑轮的外壁下端和动滑轮的外壁上端。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述动滑轮和2个定滑轮的轴心连线形成的圆弧与对应同心转动基体的轮胎状结构为同心圆；且动滑轮的外壁顶端与同心转动基体的轮胎状结构的外壁底端间隔15-18mm。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述滚珠导向管为弓状结构，对应安装在同心转动基体中滚道所在位置；滚道与关节支座的上表面设置有滚珠；通过滚珠在滚道中的滚动，实现关节支座绕同心转动基体的周向转动；当关节支座转动到极限位置时，滚珠沿滚珠导向管顶端的入口流向出口，并最终再进入滚道，实现关节支座绕同心转动基体的周向继续转动。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述滚道宽度为2-5mm；滚珠直径为1.8-4.8mm。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述动滑轮在外部电机的驱动下转动，通过动作绳带动两侧的定滑轮转动，实现带动关节支座绕同心转动基体的轴向转动。在上述的一种空间二维同心转动关节，所述关节支座的转动范围为0-360°。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术系统组成简洁、体积小、重量轻：设置二维同心转动基体，通过一个转动基体实现双轴转动功能，两转动轴之间不需要设置过渡支撑，通过滚珠组实现二维同心转动基体与关节支座的转动匹配，不需要轴承结构，且二维同心转动基体外形近似球形结构，减小了体积和重量、节约了安装空间；通过定滑轮组驱动动作绳系，从而驱动二维同心转动基体，不需要内置电机进行驱动，减小了体积和重量、节约了安装空间；(2)本专利技术提高了系统传递精度：一个二维同心转动基体实现双轴转动功能，消除了由于加工、装配等因素引起的转动传递误差，提高了双轴转动之间的匹配精度；(3)本专利技术提高了系统承载能力：二维同心转动基体外形近似球形结构，使二维同心转动基体转动过程中承受的载荷通过几何中心(质心)，且二维同心转动基体与关节支座之间通过球形滚珠配合，受力均匀、转动平滑，提高了系统承载能力；(4)本专利技术降低系统资源占用率：重量轻、体积小、内部无供电需求部件，使空间二维同心转动关节在重量、体积和电功耗需求方面具有明显的优势；(5)本专利技术提高了环境适应性：空间二维同心转动关节内部无电性能产品，无类似轴承配合的高精度装配要求，降低了系统对使用环境的要求，使产品具有很好的环境适应性；(6)本专利技术提高了产品的通用性、可维修性、适用性：单个关节支座可实现沿某一个方向的单轴转动，采用两个结构形式完全相同的关节支座可以实现沿某两个方向的双轴转动，提高了产品的通用性和可维修性；关节支座对外接口设计简单，提高了系统的适用性，可广泛应用于各类航天器的空间展开机构上；(7)本专利技术提高了系统可靠性：系统设计简洁、环境适应性强、产品通用性和可维修性高，提高了系统的可靠性。附图说明图1为本专利技术空间二维同心转动关节示意图；图2为本专利技术滑轮组示意图；图3为本专利技术关节支座剖面示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：空间二维同心转动关节的机构运动原理源于动作绳8被滑轮组5驱动的结果。通过关节支座2与二维同心转动基体1之间配合实现转动功能；通过二维同心转动基体1的两个正交转轴可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间二维同心转动关节，其特征在于：包括同心转动基体(1)、2个关节支座(2)、2个滑轮组(5)、滚珠导向管(6)和动作绳(8)；其中，同心转动基体(1)为一体成型的两个垂直交叉的轮胎状结构；两个轮胎状结构为中空结构，且交点位于两个轮胎状结构的中心位置；2个关节支座(2)分别固定安装在相邻两个轮胎状结构的圆弧外表面；2个滑轮组(5)分别固定安装在2个关节支座(2)的内部；滚珠导向管(6)固定安装在关节支座(2)上端的外壁；关节支座(2)的外壁中部开有细长通孔；动作绳(8)沿轮胎状结构轴向环绕在同心转动基体(1)的外壁，且动作绳(8)穿过细长通孔伸入关节支座(2)内，环绕在滑轮组(5)的滑轮外壁。

【技术特征摘要】
1.一种空间二维同心转动关节，其特征在于：包括同心转动基体(1)、2个关节支座(2)、2个滑轮组(5)、滚珠导向管(6)和动作绳(8)；其中，同心转动基体(1)为一体成型的两个垂直交叉的轮胎状结构；两个轮胎状结构为中空结构，且交点位于两个轮胎状结构的中心位置；2个关节支座(2)分别固定安装在相邻两个轮胎状结构的圆弧外表面；2个滑轮组(5)分别固定安装在2个关节支座(2)的内部；滚珠导向管(6)固定安装在关节支座(2)上端的外壁；关节支座(2)的外壁中部开有细长通孔；动作绳(8)沿轮胎状结构轴向环绕在同心转动基体(1)的外壁，且动作绳(8)穿过细长通孔伸入关节支座(2)内，环绕在滑轮组(5)的滑轮外壁。2.根据权利要求1所述的一种空间二维同心转动关节，其特征在于：所述同心转动基体(1)的2个轮胎状结构沿周向的中心位置设置有圆周凹槽状绳道(4)；动作绳(8)环绕嵌入在绳道(4)的凹槽中。3.根据权利要求2所述的一种空间二维同心转动关节，其特征在于：所述绳道(4)的两侧对称设置有两个凹槽状滚道(3)；滚道(3)沿周向环绕设置在同心转动基体(1)的2个轮胎状结构的外壁；滚道(3)与绳道(4)间隔为2-5mm。4.根据权利要求1所述的一种空间二维同心转动关节，其特征在于：所述同心转动基体(1)中轮胎状结构的直径为50-100mm，轴向宽度为的直径长度；同心转动基体(1)的材料为碳化硅、钛合金、铝镁合金或铍铝合金中的一种。5.根据权利要求1所述的一种空间二维同心转动关节，其特征在于：所述滑轮组(5)包括动滑轮(5-1)和2个定滑轮(5-2)；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸国栋，王培民，彭向中，陈寅昕，徐云飞，王沫，葛逸民，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11