【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间站伸展臂相关，具体涉及一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂。
技术介绍
1、目前，空间探索活动所用可展开机构按照展开维度可大致分为三大类：一维展开机构，主要指一维支撑臂；二维展开机构，包括太阳帆、太阳能电池板等；三维展开机构，如抛物面天线、环形展开天线等。
2、一维展开机构中，空间支撑臂研究最早并且应用也最为广泛。可展收支撑臂的功能主要是将雷达天线、太阳能帆板、空间望远镜等高精尖设备展开到指定位置并锁止刚化。空间支撑臂结构形式包括：
3、1)薄壁管状支撑臂。该类型支撑臂分为可展收管状支撑臂和可盘卷管状支撑臂两大类。薄壁管通常由弹性合金带加工而成，收拢时合金带被展平并卷到轮毂上；展开时，由电机带动转轴使合金带展出，并依靠自身弹性恢复为管状。薄壁管状支撑机构具有简单、体积小质量轻等优势，在一些简单应用中应用较多，但由于构型所限，其展开刚度、定位精度以及热稳定性无法得到很好的保证，因为无法应用于空间相机等精密探测仪器中。
4、2)盘压杆式支撑臂。该支撑臂的纵杆采用特殊复合材料制成，通过盘绕纵杆来实现收拢。主要包括横杆、纵杆和斜拉索结构。盘压杆式支撑机构具有质量轻，折叠比大等优点，但是由于展开过程的不可控导致大应变、低刚度以及端部存在旋转，因而适用于折叠比要求高，定位精度与刚度不高的场合。在精密雷达、高分辨率空间相机等航天应用中不是最合理的方案。
5、3)铰接式支撑臂。铰接式支撑臂结构形式主要有可折叠铰接式、索杆铰接式和剪叉式三大类。可折叠铰接式支撑臂由纵杆、横杆、斜拉
6、4)膨胀硬化式支撑臂。膨胀硬化式支撑机构，因采用了特殊材质，具有机构质量轻，折叠比大以及结构形式简单的特点。与其他类型的支撑机构不同，它不含有大量铰链、关节等结构件，因而制造简单，同时可靠性也很好。但是由于其膨胀过程不易于控制，因而其精度无法得到保证。
7、5)整体张拉式支撑臂。整体张拉式支撑臂的每个单元含有三根压杆，绕轴线均布，杆件两端运用拉索链接，形成自应力体系，单元沿轴向连接，并且其布置方向相反。由于机构减少了大量的铰链，因而其具有结构质量小，折叠比大的优点。但引入了大量的斜拉索，如果规整不合适，将会引起绳索的缠绕。同时单元之间无刚性连接，其承载能力、定位精度等问题还需进一步深入的研究。
8、6)套筒式支撑臂。套筒式可展开机构由不同直径的可动套筒顺次连接而成。其展开过程分为顺序展开和同步展开两种。动力源多采用电机或者电动推杆，执行机构多为丝杠或者空间凸轮机构等旋转部件。对于套筒式可展开机构因其筒体截面惯性矩较大，并且由于每两个筒体之间保留了一定长度的搭接长度，因而具有很好的刚度与强度性能。而决定其性能指标的主要部件是运动筒之间的锁紧装置，因而套筒式可展开机构锁紧装置的设计显得尤为重要。对于地面用套筒式展开机构多采用钢材、铝合金等材质；对于空间应用多采用碳纤维复合材料或是轻质镁铝合金。套筒管式支撑臂精度高、刚度好、可靠性高，且能形成密闭容积，但收拢后管仍然较长，在折叠比要求不太高的应用中是较为合适的选择。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有技术存在技术问题的一种或几种，提供了一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，包括收纳框架、驱动部、方花键轴、丝杠和多个折展桁架单元，所述收纳框架的一侧面为敞口结构，所述收纳框架与所述敞口结构相对的一侧面设有装配板，所述驱动部安装在所述收纳框架内，所述方花键轴的一端垂直安装在所述装配板的中心位置，所述丝杠适配滑动套设在所述方花键轴上；多个折展桁架单元的中心位置均设有螺母，多个折展桁架单元在折叠状态下，每个折展桁架单元的螺母均与所述丝杠螺纹连接；其中，所述驱动部与所述方花键轴传动连接并能够驱动方花键轴转动，所述方花键轴带动丝杠转动并从多个折展桁架单元的中心位置穿出，当所述丝杠伸出到预设位置后，丝杠继续转动进而驱动多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开。
3、本专利技术的有益效果是：本专利技术的铰接式伸展臂，采用伸缩丝杠螺母拖拽法驱动多个折展桁架单元依次折叠或展开，能够满足高折展比、高精度、高刚度的结构需求，为航天工程应用提供理论和技术支撑。本专利技术的铰接式伸展臂发射时为收拢状态，入轨安装到位后，先将丝杠向外展开锁止，再利用丝杠将折展桁架单元依次拖拽展开，从而实现伸展臂的顺序展开和锁止，相比传统扭簧驱动展开方法，大大增加了折展桁架单元的展开驱动力，提高了铰接式伸展臂的结构刚度和展开可靠性。采用丝杠拖拽展开提高了收拢空间利用率，可折展桁架单元空间占用率接近100％，提高了折展比。
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
5、进一步，每个所述折展桁架单元上均设有顺序锁止机构，多个折展桁架单元在折叠状态下，相邻两个折展桁架单元上的顺序锁止机构相互锁止配合；多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开过程中，位于外侧的一个折展桁架单元的折展结构能够驱动自身的顺序锁止机构与内侧相邻折展桁架单元的顺序锁止机构之间解除锁止。
6、采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置顺序锁止机构，使多个折展桁架单元在折叠状态下能够依次锁止，并当多个折展桁架单元依次展开的时候，又能够折展结构依次解除锁止。
7、进一步，所述折展桁架单元还包括内侧支撑架和外侧支撑架，所述内侧支撑架和外侧支撑架平行相对布置，所述内侧支撑架的中心位置以及外侧支撑架的中心位置均设有螺母；所述内侧支撑架和外侧支撑架之间设有折展结构，所述内侧支撑架靠近所述装配板布置，所述外侧支撑架远离所述装配板布置；所述顺序锁止机构的一端固定在所述内侧支撑架上，所述顺序锁止机构的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，并与相邻折展桁架单元的顺序锁止机构锁止配合。
8、进一步，所述顺序锁止机构包括弹性锁销和锁扣，所述锁扣的一端固定在所述内侧支撑架上，所述锁扣的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，所述锁扣靠近自身一端的位置设有弹性锁销，所述弹性锁销贯穿所述锁扣布置且与所述锁扣弹性连接，所述弹性锁销位于折展桁架单元的内侧支撑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，包括收纳框架、驱动部、方花键轴、丝杠和多个折展桁架单元，所述收纳框架的一侧面为敞口结构，所述收纳框架与所述敞口结构相对的一侧面设有装配板，所述驱动部安装在所述收纳框架内，所述方花键轴的一端垂直安装在所述装配板的中心位置，所述丝杠适配滑动套设在所述方花键轴上；多个折展桁架单元的中心位置均设有螺母，多个折展桁架单元在折叠状态下，每个折展桁架单元的螺母均与所述丝杠螺纹连接；其中，所述驱动部与所述方花键轴传动连接并能够驱动方花键轴转动，所述方花键轴带动丝杠转动并从多个折展桁架单元的中心位置穿出，当所述丝杠伸出到预设位置后，丝杠继续转动进而驱动多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开。
2.根据权利要求1所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，每个所述折展桁架单元上均设有顺序锁止机构，多个折展桁架单元在折叠状态下，相邻两个折展桁架单元上的顺序锁止机构相互锁止配合；多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开过程中，位于外侧的一个折展桁架单元的折展结构能够驱动自身的顺序锁止机构与内侧相邻折展桁架单元的顺序
3.根据权利要求2所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述折展桁架单元还包括内侧支撑架和外侧支撑架，所述内侧支撑架和外侧支撑架平行相对布置，所述内侧支撑架的中心位置以及外侧支撑架的中心位置均设有螺母；所述内侧支撑架和外侧支撑架之间设有折展结构，所述内侧支撑架靠近所述装配板布置，所述外侧支撑架远离所述装配板布置；所述顺序锁止机构的一端固定在所述内侧支撑架上，所述顺序锁止机构的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，并与相邻折展桁架单元的顺序锁止机构锁止配合。
4.根据权利要求3所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述顺序锁止机构包括弹性锁销和锁扣，所述锁扣的一端固定在所述内侧支撑架上，所述锁扣的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，所述锁扣靠近自身一端的位置设有弹性锁销，所述弹性锁销贯穿所述锁扣布置且与所述锁扣弹性连接，所述弹性锁销位于折展桁架单元的内侧支撑架和外侧支撑架之间，所述锁扣靠近自身另一端的位置开设有锁定孔，所述锁定孔位于相邻一个折展桁架单元的内侧支撑架和外侧支撑架之间且能够与相邻一个折展桁架单元上的弹性锁销锁止配合。
5.根据权利要求4所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述弹性锁销靠近折展结构的一端设有锥面，所述锁定孔为锥形孔，所述锥面沿弹性锁销轴向的宽度大于所述锁定孔的深度。
6.根据权利要求3所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述折展桁架单元为矩形棱柱结构，所述折展桁架单元的内侧支撑架的四个角位的至少一个角位处设有所述顺序锁止机构；所述折展桁架单元的每个侧面均设有一组所述折展结构。
7.根据权利要求6所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述折展结构包括T型折展杆组和V型斜拉杆组，所述V型斜拉杆组包括两个端部相互铰接的斜拉杆，所述T型折展杆组的三个折展杆的一端相互铰接，所述T型折展杆组的三个折展杆的另一端分别与内侧支撑架的一个角位、外侧支撑架的一个角位以及V型斜拉杆的中部铰接位铰接；其中，所述T型折展杆组展开后呈T型结构，所述V型斜拉杆组展开后呈V型结构，所述T型折展杆组和V型斜拉杆组折叠后均位于内侧支撑架和外侧支撑架的两个相对支臂之间；位于外侧的一个折展桁架单元的T型折展杆组在展开过程中能够驱动自身的顺序锁止机构与内侧相邻折展桁架单元的顺序锁止机构之间解除锁止。
8.根据权利要求7所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，三个折展杆分别为第一折展杆、第二折展杆和第三折展杆，所述第一折展杆的另一端和第二折展杆的另一端分别与内侧支撑架的一个角位和外侧支撑架的一个角位铰接，所述第三折展杆的另一端与V型斜拉杆的中部铰接位铰接；所述第一折展杆和第二折展杆折叠后相互靠拢；位于外侧的一个折展桁架单元的第一折展杆或第二折展杆在展开过程中能够驱动自身的顺序锁止机构与内侧相邻折展桁架单元的顺序锁止机构之间解除锁止；
9.根据权利要求8所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述第三折展杆的一端设有T型头，所述第一折展杆的一端和第二折展杆的一端分别固定有齿轮，两个齿轮啮合；所述T型头的两端分别通过第一轴承和第二轴承与所述第一折展杆的一端和第二折展杆的一端铰接；所述T型头上设有至少一个第一弹簧销，至少一个齿轮上设有限位缺口，所述第一弹簧销抵接在齿轮的周侧壁，当所述第一折展杆、第二折展杆和第三折展杆展开到位...
【技术特征摘要】
1.一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，包括收纳框架、驱动部、方花键轴、丝杠和多个折展桁架单元，所述收纳框架的一侧面为敞口结构，所述收纳框架与所述敞口结构相对的一侧面设有装配板，所述驱动部安装在所述收纳框架内，所述方花键轴的一端垂直安装在所述装配板的中心位置，所述丝杠适配滑动套设在所述方花键轴上；多个折展桁架单元的中心位置均设有螺母，多个折展桁架单元在折叠状态下，每个折展桁架单元的螺母均与所述丝杠螺纹连接；其中，所述驱动部与所述方花键轴传动连接并能够驱动方花键轴转动，所述方花键轴带动丝杠转动并从多个折展桁架单元的中心位置穿出，当所述丝杠伸出到预设位置后，丝杠继续转动进而驱动多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开。
2.根据权利要求1所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，每个所述折展桁架单元上均设有顺序锁止机构，多个折展桁架单元在折叠状态下，相邻两个折展桁架单元上的顺序锁止机构相互锁止配合；多个折展桁架单元依次从所述收纳框架内向外展开过程中，位于外侧的一个折展桁架单元的折展结构能够驱动自身的顺序锁止机构与内侧相邻折展桁架单元的顺序锁止机构之间解除锁止。
3.根据权利要求2所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述折展桁架单元还包括内侧支撑架和外侧支撑架，所述内侧支撑架和外侧支撑架平行相对布置，所述内侧支撑架的中心位置以及外侧支撑架的中心位置均设有螺母；所述内侧支撑架和外侧支撑架之间设有折展结构，所述内侧支撑架靠近所述装配板布置，所述外侧支撑架远离所述装配板布置；所述顺序锁止机构的一端固定在所述内侧支撑架上，所述顺序锁止机构的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，并与相邻折展桁架单元的顺序锁止机构锁止配合。
4.根据权利要求3所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述顺序锁止机构包括弹性锁销和锁扣，所述锁扣的一端固定在所述内侧支撑架上，所述锁扣的另一端向外延伸至相邻折展桁架单元的折展结构处，所述锁扣靠近自身一端的位置设有弹性锁销，所述弹性锁销贯穿所述锁扣布置且与所述锁扣弹性连接，所述弹性锁销位于折展桁架单元的内侧支撑架和外侧支撑架之间，所述锁扣靠近自身另一端的位置开设有锁定孔，所述锁定孔位于相邻一个折展桁架单元的内侧支撑架和外侧支撑架之间且能够与相邻一个折展桁架单元上的弹性锁销锁止配合。
5.根据权利要求4所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述弹性锁销靠近折展结构的一端设有锥面，所述锁定孔为锥形孔，所述锥面沿弹性锁销轴向的宽度大于所述锁定孔的深度。
6.根据权利要求3所述一种基于伸缩丝杠螺母拖拽的铰接式伸展臂，其特征在于，所述折展桁架单元为矩形棱柱结构，所述折展桁架单元的内侧支撑架的四个角位的至少一个角位处设有所述顺序锁止机构；所述折展桁架单元的每个侧面均设有一组所述折展结构。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：赵冲，王珂，崔恩泽，赵海峰，宁志涛，王志强，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：
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