一种变径外驱动式套筒展开方法

1.本发明涉及变结构体空间遥感器技术领域，尤其涉及一种变径外驱动式套筒展开方法，用于完成多级套筒的在轨展开，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。

技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种变径外驱动式套筒展开方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明公开的一种变径外驱动式套筒展开方法，其基于轮式驱动组件、能够将所述轮式驱动组件与套筒外壁抵接的变径预紧组件和反馈所述轮式驱动组件和抵接状态的控制系统；
8.该方法包括以下步骤：
9.步骤s1：所述变径预紧组件安装在最外级套筒的上部，所述轮式驱动组件安装在所述变径预紧组件上；
10.步骤s2：预紧系统控制所述轮式驱动组件与待展开套筒外壁实时接触；
11.步骤s3：驱动系统控制所述轮式驱动组件转动，将套筒逐级展开，并在套筒完全展
开后停机。
12.进一步的，所述预紧系统控制方式，包括如下步骤：
13.步骤s2.1，检测所述变径预紧组件状态参数x1～xn，其中n为状态参数数量
14.步骤s2.2，由所述变径预紧组件状态参数计算轮式驱动组件与套筒外壁的抵接力n＝f(x1,
…
,xn)
15.步骤s2.3，判断抵接力n是否满足要求，如果满足要求转步骤s2.5，不满足要求转步骤s2.4；
16.步骤s2.4，调节所述变径预紧组件，转步骤s2.1；
17.步骤s2.5，结束。
18.进一步的，驱动系统控制方式，包括如下步骤：
19.步骤s3.1，判断是否是否展开到位，满足要求则停止动作，不满足要求转步骤s3.2；
20.步骤s3.2，匀速驱动所述轮式驱动组件转动，逐级展开套筒。
21.进一步的，变径预紧组件和轮式驱动组件外置于套筒外部。
22.进一步的，至少两套所述轮式驱动组件和所述变径预紧组件绕套筒轴线周均匀布置。
23.进一步的，在套筒展开的全过程中，所述轮式驱动组件与套筒外壁实时接触。
24.在上述技术方案中，本发明提供的一种变径外驱动式套筒展开方法，有益效果：采用本发明的方法进行套筒展开，结构简单，不会因为套筒伸展长度的增加而在设计、制造、装配和使用等方面出现明显的技术障碍；虽然将变径预紧组件置于套筒外部，使总体积有所增大，但该结构适用于非常细的套筒，折展比高，使用灵活；可扩展性好，对单级套筒的长度无限制，因此对套筒实现的总伸展长度也无限制；不需要导向机构，可靠性高，套筒直径差小，展折比大；本发明可以用于所有使用套筒式展开机构的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域。
附图说明
25.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。
26.图1是本发明公开的一种变径外驱动式套筒展开方法的结构配置示意图；
27.图2是本发明公开的一种变径外驱动式套筒展开方法的控制流程图；
28.图3是本发明公开的一种变径外驱动式套筒展开方法基于的变径预紧组件和轮式驱动组件结构简图。
29.附图标记说明：
30.1、变径预紧组件；2、轮式驱动组件；3、安装基座；4、最外级套筒；5、次外级套筒；6、二级套筒；7、i级套筒；8、次内级套筒；9、最内级套筒；10、限位互锁件；11、限位环；
31.101、预紧基座；102、第一减速电机；103、力矩传感器；104、第一伞齿轮；105、第二伞齿轮；106、预紧支撑臂；107、角度传感器；
32.201、第二减速电机；202、驱动轮。
具体实施方式
33.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。
34.参见图1-2所示；
35.发明一种变径外驱动式套筒展开方法，其基于轮式驱动组件2、能够将轮式驱动组件2与套筒外壁抵接的变径预紧组件1和反馈轮式驱动组件和抵接状态的控制系统；
36.其中，变径预紧组件1和轮式驱动组件2外置于套筒外部，从而使变径预紧组件1和轮式驱动组件2不受套筒直径约束，即可展开小直径的套筒组件，也可展开大直径的套筒组件，适用范围广，通用性高；
37.该方法包括以下步骤：
38.步骤s1：变径预紧组件1安装在最外级套筒4的上部，轮式驱动组件2安装在变径预紧组件1上；
39.步骤s2：预紧系统控制轮式驱动组件2与待展开套筒外壁实时接触；
40.步骤s3：驱动系统控制轮式驱动组件2转动，将套筒逐级展开，并在套筒完全展开后停机；
41.优选的，预紧系统控制方式，包括如下步骤：
42.步骤s2.1：检测变径预紧组件1状态参数x1～xn，其中n为状态参数数量
43.步骤s2.2：由变径预紧组件1状态参数计算轮式驱动组件2与套筒外壁的抵接力n＝f(x1,
…
,xn)
44.步骤s2.3：判断抵接力n是否满足要求，如果满足要求转步骤s2.5，不满足要求转步骤s2.4；
45.步骤s2.4：调节变径预紧组件1，转步骤s2.1；
46.步骤s2.5：结束；
47.优选的，驱动系统控制方式，包括如下步骤：
48.步骤s3.1：判断是否是否展开到位，满足要求则停止动作，不满足要求转步骤s3.2；
49.步骤s3.2：匀速驱动轮式驱动组件2转动，逐级展开套筒。
50.优选的，至少两套轮式驱动组件2和变径预紧组件1绕套筒轴线周向均匀分布；
51.优选的，在套筒展开的全过程中都要保证轮式驱动组件2与套筒外壁实时接触。具体的，参见图1所示，初始状态下，轮式驱动组件2与最内级套筒外壁相抵接触，最内级套筒的长度大于次外级和最外级套筒长度，且最内级套筒顶端外露在次外级、最外级套筒外部；
52.该方法中轮式驱动组件2的旋转运动可以通过现有技术中任意一种可以提供轴向旋转驱动力的运动形式代替，能够滚动地与套筒外壁相抵接触，实现驱动套筒依次逐级展开即可；
53.变径预紧组件1可以是现有技术中任意一款能够支撑轮式驱动组件2、并保持轮式驱动组件2与套筒外壁实时抵接的机构，能够为提供抵接预紧作用力即可；
54.图3为本套筒展开方法基于的变径预紧组件1、轮式驱动组件的结构简图，本方法不局限于使用此种结构展开套筒，本方法只是以此结构为例；
55.该结构中变径预紧组件1；
56.变径预紧组件1包括预紧基座101、第一减速电机102、力矩传感器103、第一伞齿轮104、第二伞齿轮105、预紧支撑臂106，角度传感器107；
57.预紧基座101固连有第一减速电机102，其中，力矩传感器103一端与第一减速电机102动力输出轴固连，另一端与第一伞齿轮104固定连接，第二伞齿轮105安装于输入轴上，第一伞齿轮104和第二伞齿轮105啮合实现齿轮传动，输入轴与预紧支撑臂106固定连接，且输入轴远离第二伞齿轮105端固连有角度传感器107，角度传感器107的外壳与预紧基座101固连，第一伞齿轮104和第二伞齿轮105均与预紧基座转动连接；
58.其中，变径预紧组件1整体通过预紧基座101与安装基座3固定连接。当两套轮式驱动组件2和变径预紧组件1在安装基座3上，其分布形式是沿套筒轴线对称分布，当三套以上的轮式驱动组件2和变径预紧组件1在安装基座3上，其分布形式是沿套筒轴线均匀分布，起到自动定心，抵消套筒所受径向力的作用；
59.该结构中轮式驱动组件2；
60.轮式驱动组件2包括第二减速电机201和驱动轮202；
61.第二减速电机201与预紧支撑臂106末端固定连接，驱动轮202与第二减速电机201动力输出轴固定连接，正常工作时，驱动轮202与套筒组外壁相抵接触，并通过第二减速电机201带动驱动轮202转动，实现套筒展开；
62.如图1所示；
63.变径外驱动式套筒展开方法具体实施方式；
64.安装基座3安装在最外级套筒4前端，其另一端以套筒中心轴线为中心周向均布有至少两个(3个最优)变紧预紧组件1，变径预紧组件1可以在驱动元件的作用下绕其一端转动，变径预紧组件1另一端安装有轮式驱动组件2，轮式驱动组件2可以在驱动元件作用下转动，变径预紧组件1与套筒轴线的夹角α和所承受的外力矩m可以通过相应的传感器反馈。
65.需要展开的套筒组件由依次套接的最外级套筒4(0级)、次外级套筒5(1级)、2级套筒6、i级套筒7(i级)、次内级套筒8(n-1级)、最内级套筒9(n级)组成，初始状态次内级套筒8与i级套筒7，i级套筒7与i-1级套筒(i为大于等于1的整数)通过每一级套筒上的限位互锁件10固连。因此，在初始状态除最内级套筒9以外的所有套筒可以看做一个整体，而最内级套筒9与次内级套筒8可以进行轴向滑动，根据设计需求套筒的数量可以增加或减少，不局限于本实施例中9级套筒；
66.当控制系统接收到套筒展开指令后；
67.系统开始判断轮式驱动组件2是否可靠的预紧，如果可靠预紧就跳转到驱动系统控制，如果没有可靠预紧就跳转到预紧系统控制。
68.预紧系统控制方式如下：
69.步骤s2.1：检测变径预紧组件1状态参数α,m
70.步骤s2.2：由变径预紧组件1状态参数计算轮式驱动组件2与套筒外壁的抵接力n＝f(α,m)
71.步骤s2.3：判断抵接力n是否满足要求，如果满足要求转步骤s2.5，不满足要求转步骤s2.4；
72.步骤s2.4：调节变径预紧组件1，转步骤s2.1
73.步骤s2.5：设置预紧完毕标识。
74.驱动系统控制方式如下：
75.步骤s3.1：判断是否展开到位，没有展开到位转步骤s3.2，展开到位则系统停止。
76.步骤s3.2：匀速驱动轮式驱动组件2转动，逐级展开套筒。在展开过程中实时控制轮式驱动组件2与套筒外壁保持有效接触，直至套筒完全展开。
77.具体实施方式的工作原理如下：
78.控制系统在接受到套筒展开的指令后，变径预紧组件1在系统控制下动作，使轮式驱动组件2与最内级套筒9外表面抵接，当抵接力n满足设计要求时，可以为轮式驱动组件2提供足够的摩擦力，该摩擦力在轮式驱动组件2转动时，可以转化为套筒展开的有效驱动力f。当轮式驱动组件2接受到动作指令后，轮式驱动组件2转动，在轮式驱动组件2与套筒外表面的接触部位产生沿轴向的有效驱动力f，该力驱动最内级套筒9沿轴向运动，进行展开运动，当最内级套筒9展开到位后，最内级套筒9与次内级套筒8通过相应的机械限位环11限位，此时，最内级套筒9上的限位互锁件10动作，使最内级套筒9与次内级套筒8锁紧并成为一个整体，并使其与i级套筒7解锁，这样轮式驱动组件2驱动由最内级套筒9和次内级套筒8组成的整体继续展开运动。该展开驱动动作在所有套筒上重复，直至完成全部套筒的展开。当套筒完全展开后会触发相应的传感器，并给出信号反馈，结束套筒展开过程。
79.在套筒逐级展开的过程中，套筒的外表面会形成阶梯形的非连续表面，当轮式驱动组件2在进行非连续表面过渡时，同样可以使用预紧系统和驱动系统互相配合的方式解决，只不过此时的抵接力求解公式更复杂，轮式驱动组件2的驱动力也不再是沿轴线方向；
80.在上述技术方案中，本发明提供的一种变径外驱动式套筒展开方法，有益效果：采用本发明的方法进行套筒展开，结构简单，不会因为套筒伸展长度的增加而在设计、制造、装配和使用等方面出现明显的技术障碍；虽然将变径预紧组件置于套筒外部，使总体积有所增大，但该结构适用于非常细的套筒，折展比高，使用灵活；可扩展性好，对单级套筒的长度无限制，因此对套筒实现的总伸展长度也无限制；不需要导向机构，可靠性高，套筒直径差小，展折比大；本发明可以用于所有使用套筒式展开机构的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域。
81.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：

1.一种变径外驱动式套筒展开方法，其基于轮式驱动组件、能够将所述轮式驱动组件与套筒外壁抵接的变径预紧组件和反馈所述轮式驱动组件和抵接状态的控制系统，其特征在于；该方法包括以下步骤：步骤s1：所述变径预紧组件安装在最外级套筒的上部，所述轮式驱动组件安装在所述变径预紧组件上；步骤s2：预紧系统控制所述轮式驱动组件与待展开套筒外壁实时接触；步骤s3：驱动系统控制所述轮式驱动组件转动，将套筒逐级展开，并在套筒完全展开后停机。2.根据权利要求1所述的一种变径外驱动式套筒展开方法，其特征在于；所述预紧系统控制方式，包括如下步骤：步骤s2.1，检测所述变径预紧组件状态参数x1～x
n
，其中n为状态参数数量；步骤s2.2，由所述变径预紧组件状态参数计算所述轮式驱动组件与套筒外壁的抵接力n＝f(x1,
…
,x
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)步骤s2.3，判断抵接力n是否满足要求，如果满足要求转步骤s2.5，不满足要求转步骤s2.4；步骤s2.4，调节所述变径预紧组件，转步骤s2.1；步骤s2.5，结束。3.根据权利要求1所述的一种变径外驱动式套筒展开方法，其特征在于；驱动系统控制方式，包括如下步骤：步骤s3.1，判断是否展开到位，满足要求则停止动作，不满足要求转步骤s3.2；步骤s3.2，匀速驱动所述轮式驱动组件转动，逐级展开套筒。4.根据权利要求1所述的一种变径外驱动式套筒展开方法，其特征在于；所述变径预紧组件和所述轮式驱动组件外置于套筒外部。5.根据权利要求1所述的一种变径外驱动式套筒展开方法，其特征在于；至少两套所述轮式驱动组件和所述变径预紧组件绕套筒轴线周向均匀分布。6.根据权利要求1所述的一种变径外驱动式套筒展开方法，其特征在于；在套筒展开的全过程中，所述轮式驱动组件与套筒外壁实时接触。

技术总结

本发明公开了一种变径外驱动式套筒展开方法，属于变结构体空间遥感器技术领域，该方法基于轮式驱动组件、能够将所述轮式驱动组件与套筒外壁抵接的变径预紧组件和反馈所述轮式驱动组件和抵接状态的控制系统；该方法包括以下步骤：步骤S1：所述变径预紧组件安装在最外级套筒的上部，所述轮式驱动组件安装在所述变径预紧组件上；步骤S2：预紧系统控制所述轮式驱动组件与待展开套筒外壁实时接触；步骤S3：驱动系统控制所述轮式驱动组件转动，将套筒逐级展开，并在套筒完全展开后停机，该方法具有简单，可靠，可扩展，紧凑，精度高的优点，可以用于所有使用套筒式展开机构的场合，尤其是对展开精度要求较高的空间遥感领域。对展开精度要求较高的空间遥感领域。对展开精度要求较高的空间遥感领域。