[發明專利]一種拉索驅動防奇異點鉸鏈

有效

• 申請號: 201710428527.8
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107284693B
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 何柏巖;彭浩
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種拉索驅動防奇異點鉸鏈，包括T形鉸鏈、同步鉸鏈、水平隨動桿、豎直隨動桿和伸縮桿，本發明通過伸縮桿連接件與拉索張緊輪的作用形成了伸縮桿處的展開力矩，有效地解決了鉸鏈在拉索驅動情況下的初始奇異點問題，提高了鉸鏈的展開可靠度并降低了能耗；通過簡化鉸鏈結構，用拉索張緊輪和伸縮桿連接件中附加的滑輪代替了復雜的彈簧驅動結構，有效地減小了鉸鏈的體積與質量；鉸鏈無彈簧驅動，只采用拉索驅動提高了展開過程的可控性和平穩性。

技術領域

本發明屬于航空航天技術領域，尤其是一種拉索驅動防奇異點鉸鏈。

背景技術

隨著航天技術的發展，空間可展機構如太陽能帆板、大型可展開天線等在航空航天領域得到了廣泛的應用。鉸鏈作為可展機構的關節連接部件，直接影響著機構的展開性能，甚至決定著航天任務的成敗。通過對結構、材料等的不斷優化，空間可展機構逐漸向著大尺寸、輕量化的方向發展，進而在剛度、質量、可靠性等方面對鉸鏈提出了更高的要求。

鉸鏈作為可展機構的關節部件，一般通過拉索或者彈簧驅動來完成展開運動。為滿足空間可展機構的高收納率要求，機構收攏狀態時鉸鏈處所有桿件軸向平行。這將導致單純由拉索驅動時，鉸鏈只受軸向力而無徑向力，使之無法展開，即鉸鏈的奇異點(死點)問題。

目前克服鉸鏈奇異點的方法是利用彈簧驅動和拉索驅動結合的方法，在鉸鏈處附加扭簧結構，通過扭簧變形儲存的彈性勢能帶動鉸鏈展開來克服死點，然后再通過拉索來控制鉸鏈的展開。此種方法可以有效地解決鉸鏈的死點問題，完成鉸鏈展開，但是增加了彈簧驅動結構，使鉸鏈結構更加復雜、尺寸變大、質量增大、展開可靠性降低；扭簧的突然展開，對整體結構造成較大的沖擊；針對存在多個鉸鏈的可展結構，由于扭簧參數的差異，將引入展開誤差。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種拉索驅動防奇異點鉸鏈。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種拉索驅動防奇異點鉸鏈，包括T形鉸鏈、同步鉸鏈、水平隨動桿、豎直隨動桿和伸縮桿，所述T形鉸鏈連接水平隨動桿、伸縮桿與豎直隨動桿，所述同步鉸鏈連接水平隨動桿與豎直隨動桿，在伸縮桿和T形鉸鏈中設置有拉索；

所述T形鉸鏈包括鉸鏈架、拉鎖換向結構、拉索張緊輪、伸縮桿連接件和水平隨動桿連接件，鉸鏈架為左右對稱結構，在鉸鏈架的中間位置設置有拉鎖換向結構，在鉸鏈架側板上由中部至兩側分別對稱設置有拉索張緊輪、伸縮桿連接件和水平隨動桿；拉索張緊輪由豎直排布的上滑輪與下滑輪組成，供拉索在伸縮桿連接件與拉鎖換向結構之間過渡并向下壓緊拉索，伸縮桿連接件內設置有第一滑輪和第二滑輪；

而且，所述拉鎖換向結構由支撐件和換向軸組成，換向軸安裝在支撐件上，支撐件由螺釘固接于鉸鏈架上，拉鎖換向結構用于實現拉鎖的換向，且可防止拉索換向時脫離鉸鏈中間平面，影響拉索的通暢；

而且，所述伸縮桿連接件內，第一滑輪位于第二滑輪的上方，第一滑輪通過第一滑輪固定軸安裝于伸縮桿連接件上，第二滑輪通過第二滑輪固定軸安裝于鉸鏈架側板上；

而且，所述水平隨動桿設置于鉸鏈架側板的最外側，用于隨動桿與T形鉸鏈的連接，使隨動桿可在伸縮桿的帶動下展開。

克服鉸鏈初始奇異點原理：在T形鉸鏈中，拉索依次穿過伸縮桿連接件、拉索張緊輪、和拉鎖換向結構，將拉索張緊輪、伸縮桿連接件中的第二滑輪設定為兩個固定點，伸縮桿連接件中的第一滑輪設定為自由點。初始時刻，當拉索穿過T形鉸鏈后，兩個固定點和自由點將會形成一個銳角三角形。在自由點兩側拉索張力作用下，自由點處將產生轉矩來帶動其轉動，即解決了初始奇異點問題。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

(1)通過伸縮桿連接件與拉索張緊輪的作用形成了伸縮桿處的展開力矩，有效地解決了鉸鏈在拉索驅動情況下的初始奇異點問題，提高了鉸鏈的展開可靠度并降低了能耗；