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CN110797625B - 一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构 - Google Patents

一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构 Download PDF

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CN110797625B CN201910944959.3A CN201910944959A CN110797625B CN 110797625 B CN110797625 B CN 110797625B CN 201910944959 A CN201910944959 A CN 201910944959A CN 110797625 B CN110797625 B CN 110797625B
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Abstract

本发明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。

Description

一种基于滚动铰的剪叉式可展开天线机构
技术领域
本发明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领域。
背景技术
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。
发明内容
本发明解决的技术问题是：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。
本发明解决技术的方案是：
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；
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。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明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)本发明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)本发明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)本发明应用范围较广，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是本发明机构完全展开示意图；
图2是本发明机构不带拉索的收拢状态示意图；
图3、4是本发明机构展开过程示意图；
图5是本发明机构不带拉索完全展开状态局部示意图；
图6是本发明展开单元示意图；
图7是本发明第一杆件示意图；
图8是本发明第二杆件示意图；
图9是本发明滚动铰铰接示意图；
图10是本发明滑动盘与滑动支柱、套筒配合示意图；
图11是本发明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发明作进一步阐述。
本发明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，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。
整体机构展开时，为消除收拢状态下奇异位置带来的影响，需径向提供单方向的辅助展开驱动，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，驱动使第一级展开单元展开，带动滑动盘发生移动，从而带动整个机构展开。将n个剪叉展开单元通过滚动铰铰接进行扩展，可构成大型可展开支撑机构(其中，n为整数)。
在本实施例中，剪刀式展开单元包括第一杆件12根，第二杆件96根；如图1～图4所示，剪刀式展开单元中，第一级展开单元中两杆件通过位于两杆中心处的圆头螺柱和圆头螺母连接，两杆可相对转动，第二级展开单元中两杆件通过位于两杆中心处的圆头螺柱和圆头螺母连接，两杆可相对转动，通过滚动铰首尾连接于相邻剪刀式展开单元，从而实现相邻剪刀式展开单元同步展开。
在本实施例中，支撑驱动单元包括滑动盘1个、支柱1个、滑动立柱1个。如图2～图4及图10所示，支撑部件中，滑动盘套接在支柱上，滑动盘的上下移动可带动整体机构的收拢与展开。
在本实施例中，套筒式拉索单元包括套筒1个、拉索60根；如图10所示，套筒套接在滑动立柱上，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。
如图2～图6所示所示，第一级展开单元的两杆件实际结构完全相同，第二级展开单元的两杆件实际结构完全相同。
如图10所示，为避免机构处于展开状态时滑动盘和支柱底座不能完全贴合，转动铰接凸台处设计为上下互不干涉、能够贴合的形状。
在本实施例中，高收纳比展开支撑机构可以通过成组增加第二级剪叉展开单元进行扩展，形成扩展机构。
下面对照附图对本发明的工作原理及使用方法作进一步说明。
如图1～图4所示，将第一级剪叉展开杆单元中第一杆件端部转动连接于滑动盘，另一杆件端部转动连接于支柱底座上，两杆件另一端部通过滚动铰与第二级剪叉展开单元铰接，每级剪叉展开单元在两杆中心处通过圆头螺柱和圆头螺母转动连接，每级杆件首尾通过滚动铰与相邻剪叉展开单元铰接。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。
整个机构由收拢状态展开时，滑动盘向下移动，驱动剪叉式展开机构的展开和拉索的拉长，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。剪叉展开单元运动至同一平面位置时，整个结构呈现成六边形框架支撑结构。由于机构不具有空间运动副，可看作图11所示的平面机构，利用平面机构自由度计算公式，机构的自由度为：由公式F＝3n-(2Pl+Ph)确定，其中，F为自由度，n为可动构件数，Pl为低副数，Ph为高副数。F＝3x9-2x13＝1。因此，可在滑动盘上添加驱动电机，可实现机构由收拢状态展开为支撑状态。当滑动盘运动到指定位置时，可通过锁定件锁定滑动盘，此时机构无可动件，拉索张紧，机构刚化为结构无法运动，进而起到支撑搭载太阳能帆板或透光薄膜的作用。将多个剪叉展开单元扩展连接可构成大型展开支撑机构。
整体效果如图1所示。
本发明可作为航天领域中太阳能帆板使用的帆面或薄膜的展开支撑机构，在6个伸展天线机构间可挂接太阳帆薄膜，展开支撑结构展开时可带动薄膜结构一并展开，最终形成大面积太阳帆，形成柔性太阳能电池阵，为空间飞行器提供电能。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

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，其中一根第一杆件(5)的一端转动连接于滑动盘(8)，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)，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；
还包括套筒式拉索单元及滑动立柱(7)，滑动立柱(7)与支柱(4)同轴套接，套筒式拉索单元包括滑动套筒(11)和拉索(3)，滑动套筒(11)套接在滑动立柱(7)上，展开单元展开时，滑动立柱(7)向下移动至极限位置并通过支柱(4)位置锁定件锁定滑动立柱(7)位置，完全展开到位后滑动套筒(11)移动，张紧拉索，通过滑动立柱(7)上的位置锁定件锁定滑动套筒(11)张紧位置。
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，拉索(3)一端固定连接在滑动套筒(11)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(3)缠绕式收拢于支柱(4)及滑动立柱(7)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(11)移动，张紧拉索，通过滑动立柱(7)上的位置锁定件锁定滑动套筒(11)张紧位置。
5.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，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。
6.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，相邻展开单元收拢时杆件间可完全贴合。
7.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：无论扩展多少个第二级展开单元，天线机构自由度均为1。
8.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：带滑槽的滚动铰(1)与带凸台的滚动铰(2)通过金属丝滚动铰接。
9.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：第一杆件(5)和第二杆件(6)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成，拉索(3)为凯夫拉绳或碳纤维绳。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114914657A (zh) * 2022-04-21 2022-08-16 燕山大学 单自由度剪叉联动型伸缩肋式折展天线机构
CN115367150B (zh) * 2022-08-03 2024-05-17 银河航天(北京)网络技术有限公司 一种剪叉式太阳翼系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2567164B2 (ja) * 1991-08-30 1996-12-25 株式会社東芝 展開型トラス構造体
JP2004146898A (ja) * 2002-10-22 2004-05-20 Nec Toshiba Space Systems Ltd 展開型メッシュアンテナ
CN104701630B (zh) * 2015-03-14 2017-06-16 西安电子科技大学 环柱索网结构变焦距反射面装置
CN107994313B (zh) * 2017-11-02 2020-08-04 银河航天（北京）科技有限公司 一种高刚度高收纳比展开天线机构
CN108400421B (zh) * 2018-02-01 2020-05-01 西北工业大学 一种三层柔性套筒可展天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《径射状空间可展天线的多体动力学分析》;张春;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）工程科技Ⅱ辑》;20070715;正文11-17，图2-1到图2-5 *

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