一种应用于套筒展开的自适应预紧机构

1.本发明涉及变结构体空间遥感器技术领域，尤其涉及一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，用于完成套筒展开过程中驱动组件与套筒内壁的有效预紧，实现超大型变结构体空间遥感器的在轨重组。

背景技术：

2.为了突破运载能力限制，在轨建造更大口径的空间遥感器，空间可展开遥感器成为新的发展方向。该技术路线的基本原理是，在发射前，将系统有序折叠以缩小其占用的空间，入轨后，自动展开重组，实现等效设计口径的成像能力。实现空间可展开遥感器变形，需要展开机构驱动，传统的空间展开机构主要有铰接桁架式、薄壁管式、套筒式、盘绕式和充气式几种。
3.套筒式因筒体截面惯性矩较大，并且由于每两级筒体之间保留了一定长度的搭接，因而具有很好的刚度与强度性能，通过使用线胀系数较小的碳纤维材料和机械限位装置可以达到很高的定位精度，特别适用于对精度、稳定性和刚度都要求较高的变结构体空间相机领域。
4.根据套筒展开方式的不同可以分为绳索驱动式、丝杠驱动式和薄壁开口管驱动式。绳索驱动方式具有展开同步性好，结构及原理简单，驱动结构件质量较轻的优点。但是在微重力环境下，绳索存在相互缠绕的风险，可靠性低；受绳索弹性影响，展开过程存在震荡，系统控制难度大。丝杠驱动式具有原理简单、结构稳定、强度大、展开驱动力高等突出优点。但是其对丝杠的加工精度和螺母的装配精度要求非常高；受丝杠制造能力限制，套筒的单级伸展长度无法做到很长，展折比相对较低；易弯曲变形，导致机构卡死，可靠性不高。薄壁开口管驱动方式轴向驱动力较大；但是其展收机构结构复杂，重量及结构尺寸大，使用不方便；薄壁开口管展开后变形不对称，引起套筒轴向旋转，挤压导向机构，造成展开机构变形；而且，大行程薄壁开口管的制备困难，成本非常高。
5.基于上述技术问题，本领域的技术人员亟需研发一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，用于完成套筒展开过程中驱动组件与套筒内壁的有效预紧，实现超大型变结构体空间遥感器的在轨重组。

技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种结构简单，可靠性高，可以大幅提高驱动组件的有效接触力、或可以大幅提高套筒组件的轴向有效展开驱动力，并可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域的差速装置。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，该自适应预紧机构包括：
9.预紧机构，所述预紧机构分为上预紧机构和下预紧机构；
10.与所述上预紧机构和所述下预紧机构分别传动的自适应机构；以及
11.动力组件，所述自适应机构的输入端与所述动力组件的输出端滑动连接；
12.所述上预紧机构和所述下预紧机构的输出端分别安装驱动组件，所述动力组件通过所述自适应机构分别驱动所述上预紧机构和所述下预紧机构以驱使对应的所述驱动组件与套筒内表面接触；
13.所述预紧机构、自适应机构、动力组件均集成于机架上。
14.进一步的，所述上预紧机构包括：
15.轴对称分布、并与所述机架转动连接的第一预紧臂；
16.轴对称分布、并与所述第一预紧臂转动连接的第一预紧连杆；以及
17.位于所述第一预紧连杆远离所述第一预紧臂一端、并与所述第一预紧连杆转动连接的第一螺母；
18.所述上预紧机构通过所述第一螺母与所述自适应机构螺旋传动连接。
19.进一步的，所述下预紧机构包括：
20.轴对称分布、并与所述机架转动连接的第二预紧臂；
21.轴对称分布、并与所述第二预紧臂转动连接的第二预紧连杆；以及
22.位于所述第二预紧连杆远离所述第二预紧臂一端、并与所述第二预紧连杆转动连接的第二螺母；
23.所述下预紧机构通过所述第二螺母与所述自适应机构螺旋传动连接。
24.进一步的，所述自适应机构包括：
25.左右旋丝杠；
26.与所述机架转动连接的第一传动齿轮，所述左右旋丝杠与所述第一传动齿轮滑动连接；
27.所述左右旋丝杠的上部与所述第一螺母螺旋传动连接，所述左右旋丝杠的中下部与所述第二螺母螺旋传动连接。
28.进一步的，所述左右旋丝杠与所述第一螺母和所述第二螺母的螺旋传动为非同向旋向或同向旋向；
29.所述左右旋丝杠与所述第一螺母和所述第二螺母的螺旋传动为同向旋向时，所述第一螺母和所述第二螺母的螺距不同。
30.进一步的，所述动力组件包括：
31.固连于所述机架的电机组件，所述电机组件用以驱动所述第一传动齿轮转动以通过所述自适应机构驱动预紧机构运动。
32.进一步的，所述电机组件的输出端连接有第二传动齿轮；
33.所述第二传动齿轮与所述第一传动齿轮啮合，所述电机组件通过所述第二传动齿轮驱动所述第一传动齿轮转动。
34.在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，具有以下有益效果：
35.本发明的自适应预紧机构使用单动力源实现多预紧机构的变径自适应，可以实现上下驱动组件与任意形式的套筒内表面同时接触，在大幅提高驱动组件有效解除力的同时，简化了结构，提高了可靠性，降低了控制系统规模，降低了成本，配合差速驱动装置，在只使用一台电机组件的情况下实现变径预紧。
36.本发明的自适应预紧机构可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是针对展开精度要求较高的空间遥感领域。
附图说明
37.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构的机构简图。
39.附图标记说明：
40.1、左右旋丝杠；2、第一螺母；3、第一预紧连杆；4、第一预紧臂；5、第二螺母；6、第二预紧臂；7、第二预紧连杆；8、第一传动齿轮；9、电机组件；10、机架；11、第二传动齿轮；12、驱动组件。
具体实施方式
41.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
42.参见图1所示；
43.本实施例的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，该自适应预紧机构包括：
44.预紧机构，预紧机构分为上预紧机构和下预紧机构；
45.与上预紧机构和下预紧机构分别传动的自适应机构；以及
46.动力组件，自适应机构的输入端与动力组件的输出端滑动连接；
47.上预紧机构和下预紧机构的输出端分别安装驱动组件，动力组件通过自适应机构分别驱动上预紧机构和下预紧机构以驱使对应的驱动组件与套筒内表面接触；
48.预紧机构、自适应机构、动力组件均集成于机架10上。
49.具体的，本实施例公开了一种能够提高与套筒内表面接触力的机构，以使得驱动组件能够适应不同形式套筒(阶梯状、不规则、非连续内径变化的套筒)的内表面接触。该机构包括机架10、集成在机架10的预紧机构、自适应机构和动力组件，动力组件作为动力源，用以通过自适应机构驱动上下预紧机构同步运动，而上预紧机构和下预紧机构的输出端均安装有驱动组件12，最终驱使驱动组件12与套筒内壁接触以大幅提高接触力。
50.优选的，本实施例的上预紧机构包括：
51.轴对称分布、并与机架10转动连接的第一预紧臂4；
52.轴对称分布、并与第一预紧臂4转动连接的第一预紧连杆3；以及
53.位于第一预紧连杆3远离第一预紧臂4一端、并与第一预紧连杆3转动连接的第一螺母2；
54.上预紧机构通过第一螺母2与自适应机构螺旋传动连接。
55.其次，本实施例的下预紧机构包括：
56.轴对称分布、并与机架10转动连接的第二预紧臂6；
57.轴对称分布、并与第二预紧臂6转动连接的第二预紧连杆7；以及
58.位于第二预紧连杆7远离第二预紧臂6一端、并与第二预紧连杆7转动连接的第二
螺母5；
59.下预紧机构通过第二螺母5与自适应机构螺旋传动连接。
60.首先，本实施例详细限定了预紧机构的结构组成；上预紧机构和下预紧机构结构类似，以上预紧机构为例做进一步的解释和说明；本实施例的上预紧机构包括第一预紧臂4、第一预紧连杆3、第一螺母2，该上预紧机构通过第一螺母2与自适应机构螺旋传动，其中，第一预紧连杆3一端与第一螺母2转动连接，另一端与第一预紧臂4转动连接以实现自适应机构与该上预紧机构的传动；下预紧机构与自适应机构的传动原理与上预紧机构基本一致，该处不再赘述。
61.优选的，本实施例的自适应机构包括：
62.左右旋丝杠1；
63.与机架10转动连接的第一传动齿轮8，左右旋丝杠1与第一传动齿轮8滑动连接；
64.左右旋丝杠1的上部与第一螺母2螺旋传动连接，左右旋丝杠1的中下部与第二螺母5螺旋传动连接。
65.更为优选的是：
66.上述的左右旋丝杠1与第一螺母2和第二螺母5的螺旋传动为非同向旋向或同向旋向；
67.左右旋丝杠1与第一螺母2和第二螺母5的螺旋传动为同向旋向时，第一螺母2和第二螺母5的螺距不同。
68.本实施例的动力组件包括：
69.固连于机架10的电机组件9，电机组件9用以驱动第一传动齿轮8转动以通过自适应机构驱动预紧机构运动。
70.作为拓展的实施方式，本实施例的电机组件9可以直接驱动第一传动齿轮8转动，也可以通过与第一传动齿轮8啮合的齿轮来驱动第一传动齿轮8转动，具体为电机组件9的输出端连接有第二传动齿轮11；
71.第二传动齿轮11与第一传动齿轮9啮合，电机组件9通过第二传动齿轮11驱动第一传动齿轮8转动。
72.本实施例自适应预紧机构的工作原理为：
73.将驱动组件分别安装在第一预紧臂4和第二预紧臂6的输出端，使其可以绕其转动。预紧机构的作用是使轴对称的上下驱动组件与套筒(阶梯状、不规则、非连续内径变化)内表面有效接触。通过自由度计算，初始状态，驱动组件都不与套筒内壁接触时，机构自由度为2，是欠驱动机构，在动力组件的驱动下，第一预紧臂4和第二预紧臂6做不确定的张开运动，当上部的驱动组件12或下部的驱动组件12与套筒内壁接触时，机构自由度变为1，是定轨迹驱动机构，在动力组件的驱动下，没有与套筒内壁接触的驱动组件12继续张开运动，直至其与内壁也接触上；此时，动力组件的驱动力矩就会转化为驱动组件12与套筒内壁的接触力，当上、下预紧机构的结构参数相同时，上下驱动组件12与套筒内壁的接触力的相同。因为上下驱动组件12都是轴对称分布的，当数量大于3时(注：当数量为2时，也勉强可以工作，但并非最优选择)，具有自动定心的作用。因为左右旋丝杠1能够在轴向滑动，所以左右旋丝杠1转动调节第一螺母2和第二螺母5的轴向间距，可以适应阶梯状、不规则、非连续内径变化的套筒内表面，从而使驱动组件12在这些变径内表面上都可以保证有效的接触，
从而为套筒展开提供持续的正压力，该正压力在驱动组件12的运动下转化为套筒展开的有效驱动力。
74.在上述技术方案中，本发明提供的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，具有以下有益效果：
75.本发明的自适应预紧机构使用单动力源实现多预紧机构的变径自适应，可以实现上下驱动组件12与任意形式的套筒内表面同时接触，在大幅提高驱动组件12有效解除力的同时，简化了结构，提高了可靠性，降低了控制系统规模，降低了成本，配合差速驱动装置，在只使用两台电机组件9的情况下实现变径预紧和展开驱动。
76.本发明的自适应预紧机构可以用于所有驱动套筒展开的场合，尤其是针对展开精度要求较高的空间遥感领域。
77.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：

1.一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，该自适应预紧机构包括：预紧机构，所述预紧机构分为上预紧机构和下预紧机构；与所述上预紧机构和所述下预紧机构分别传动的自适应机构；以及动力组件，所述自适应机构的输入端与所述动力组件的输出端滑动连接；所述上预紧机构和所述下预紧机构的输出端分别安装驱动组件，所述动力组件通过所述自适应机构分别驱动所述上预紧机构和所述下预紧机构以驱使对应的所述驱动组件与套筒内表面接触；所述预紧机构、自适应机构、动力组件均集成于机架(10)上。2.根据权利要求1所述的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述上预紧机构包括：轴对称分布、并与所述机架(10)转动连接的第一预紧臂(4)；轴对称分布、并与所述第一预紧臂(4)转动连接的第一预紧连杆(3)；以及位于所述第一预紧连杆(3)远离所述第一预紧臂(4)一端、并与所述第一预紧连杆(3)转动连接的第一螺母(2)；所述上预紧机构通过所述第一螺母与所述自适应机构螺旋传动连接。3.根据权利要求2所述的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述下预紧机构包括：轴对称分布、并与所述机架(10)转动连接的第二预紧臂(6)；轴对称分布、并与所述第二预紧臂(6)转动连接的第二预紧连杆(7)；以及位于所述第二预紧连杆(7)远离所述第二预紧臂(6)一端、并与所述第二预紧连杆(7)转动连接的第二螺母(5)；所述下预紧机构通过所述第二螺母(5)与所述自适应机构螺旋传动连接。4.根据权利要求3所述的一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述自适应机构包括：左右旋丝杠(1)；与所述机架(10)转动连接的第一传动齿轮(8)，所述左右旋丝杠(1)与所述第一传动齿轮(8)滑动连接；所述左右旋丝杠(1)的上部与所述第一螺母(2)螺旋传动连接，所述左右旋丝杠(1)的中下部与所述第二螺母(5)螺旋传动连接。5.根据权利要求4所述的一种适用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述左右旋丝杠(1)与所述第一螺母(2)和所述第二螺母(5)的螺旋传动为非同向旋向或同向旋向；所述左右旋丝杠(1)与所述第一螺母(2)和所述第二螺母(5)的螺旋传动为同向旋向时，所述第一螺母(2)和所述第二螺母(5)的螺距不同。6.根据权利要求4所述的一种适用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述动力组件包括：固连于所述机架(10)的电机组件(9)，所述电机组件(9)用以驱动所述第一传动齿轮(8)转动以通过所述自适应机构驱动预紧机构运动。7.根据权利要求6所述的一种适用于套筒展开的自适应预紧机构，其特征在于，所述电
机组件(9)的输出端连接有第二传动齿轮(11)；所述第二传动齿轮(11)与所述第一传动齿轮(8)啮合，所述电机组件(9)通过所述第二传动齿轮(11)驱动所述第一传动齿轮(8)转动。

技术总结

本发明公开了一种应用于套筒展开的自适应预紧机构，包括上预紧机构和下预紧机构；与上预紧机构和下预紧机构分别传动的自适应机构；以及动力组件，自适应机构的输入端与动力组件的输出端滑动连接；上预紧机构和下预紧机构的输出端分别安装驱动组件，动力组件通过自适应机构分别驱动上预紧机构和下预紧机构以驱使对应的驱动组件与套筒内表面接触。本发明的自适应预紧机构使用单动力源实现多预紧机构的变径自适应，可以实现上下驱动组件与任意形式的套筒内表面同时接触，在大幅提高驱动组件有效解除力的同时，简化了结构，提高了可靠性，降低了控制系统规模，降低了成本，配合差速驱动装置，在只使用两台电机组件的情况下实现变径预紧和展开驱动。变径预紧和展开驱动。变径预紧和展开驱动。