[發(fā)明專利]一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)

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• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107792406A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邸國棟;王培民;彭向中;葛逸民;徐云飛;王沫;陳寅昕
• 申請（專利權(quán)）人: 航天東方紅衛(wèi)星有限公司
• 主分類號: B64G4/00
• 分類號: B64G4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 李晶堯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星和航天技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。

背景技術(shù)

隨著航天器在軌服役期間任務(wù)種類的增加和功能需求的提升，越來越多的航天器需要采用空間運(yùn)動機(jī)構(gòu)的協(xié)助來完成規(guī)定的任務(wù)，有些空間運(yùn)動機(jī)構(gòu)已成為航天器(如國際空間站機(jī)械手、火星探測機(jī)器人等)在軌期間執(zhí)行任務(wù)的核心和主要手段，大量空間運(yùn)動機(jī)構(gòu)的使用提高了航天器在軌執(zhí)行任務(wù)的靈活性、自主性和時效性。

空間展開機(jī)構(gòu)是最為常見的一種空間運(yùn)動機(jī)構(gòu)，其工作原理是在動力源的驅(qū)動下完成對結(jié)構(gòu)件的展開、收攏和轉(zhuǎn)動等功能，并通過多個結(jié)構(gòu)件之間的運(yùn)動配合來實(shí)現(xiàn)整套空間展開機(jī)構(gòu)的預(yù)定功能。典型的空間展開機(jī)構(gòu)都采用了人體仿生學(xué)中對“手臂”模擬的設(shè)計(jì)思路，主結(jié)構(gòu)多是由兩根或多根桿結(jié)構(gòu)組成，桿結(jié)構(gòu)之間多采用運(yùn)動關(guān)節(jié)進(jìn)行連接，通過動力源驅(qū)動運(yùn)動關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)桿結(jié)構(gòu)之間的相對運(yùn)動，通過桿結(jié)構(gòu)組之間的運(yùn)動配合實(shí)現(xiàn)整套空間展開機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)運(yùn)動，進(jìn)而完成空間展開機(jī)構(gòu)整體規(guī)定動作的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)特定的功能。因此，運(yùn)動關(guān)節(jié)決定了空間展開機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性，是整套系統(tǒng)的關(guān)鍵。

由于航天器任務(wù)的特殊性，空間運(yùn)動關(guān)節(jié)在設(shè)計(jì)上重點(diǎn)需要考慮的問題是如何提高可靠性、如何降低資源占用率以及如何提高任務(wù)執(zhí)行的效率。根據(jù)目前在航天器上使用的各類運(yùn)動關(guān)節(jié)的應(yīng)用效果來看，普遍存在如下缺點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)復(fù)雜：運(yùn)動關(guān)節(jié)的功能多通過伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，伺服電機(jī)安裝于兩結(jié)構(gòu)件之間，伺服電機(jī)以及所需的安裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時伺服電機(jī)需要供電、控制以及信號采集等的電路系統(tǒng)，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

(2)使用環(huán)境受限：由于電機(jī)的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)動過程中必然會產(chǎn)生振動、噪聲以及電磁場，一些安裝于展開機(jī)構(gòu)上且對振動、噪聲和電磁環(huán)境敏感的設(shè)備是無法適應(yīng)的。另一方面，電機(jī)一般都會對航天器或展開機(jī)構(gòu)所提供的安裝環(huán)境(安裝精度、力學(xué)環(huán)境、熱環(huán)境等)提出要求，在某些情況下要求很高，需要設(shè)計(jì)嚴(yán)格保證。這些特點(diǎn)都將使運(yùn)動關(guān)節(jié)的使用環(huán)境受到限制。

(3)可靠性低：系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、使用環(huán)境要求嚴(yán)格都將導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性的降低，特別是對使用環(huán)境的依賴性，提高了外界環(huán)境因素對系統(tǒng)可靠性的影響程度，降低了系統(tǒng)的可靠性。

(4)資源占用率高：系統(tǒng)的復(fù)雜性必然帶來重量、體積和電功耗的增加，這些資源對于任何航天器都是非常寶貴的；另一方面，對使用環(huán)境的高敏感度只能通過增加配置來克服，如增加系統(tǒng)冗余、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)等手段，進(jìn)一步增加了系統(tǒng)資源的占用率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，運(yùn)動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)形式簡潔、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、資源占用率低，可廣泛應(yīng)用于各類航天器上空間展開機(jī)構(gòu)的運(yùn)動關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)單元上。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，包括偏心轉(zhuǎn)動基體、2個軸內(nèi)瓦、2個軸外瓦、2個關(guān)節(jié)支座和鎖緊圈；其中，偏心轉(zhuǎn)動基體為兩個圓弧弧形向內(nèi)垂直連接機(jī)構(gòu)；2個軸內(nèi)瓦弧度與偏心轉(zhuǎn)動基體的圓弧弧度相同；2個軸內(nèi)瓦分別與偏心轉(zhuǎn)動基體的兩個圓弧固定連接，實(shí)現(xiàn)軸內(nèi)瓦與偏心轉(zhuǎn)動基體的圓弧形成完整圓狀結(jié)構(gòu)；2個關(guān)節(jié)支座分布安裝在偏心轉(zhuǎn)動基體兩個圓弧的外壁；關(guān)節(jié)支座的頂部為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)支座環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)壁固定安裝在偏心轉(zhuǎn)動基體圓弧的外壁；2個軸外瓦分別安裝在2個軸內(nèi)瓦的外壁；軸外瓦與關(guān)節(jié)支座的環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成完整圓狀結(jié)構(gòu)；鎖緊圈為兩個平行的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，兩個圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)分別套在軸外瓦與關(guān)節(jié)支座組成環(huán)狀結(jié)構(gòu)外壁的軸向兩端，實(shí)現(xiàn)鎖緊固定。

在上述的一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，所述的偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)還包括動作繩和滑輪組；滑輪組固定安裝在關(guān)節(jié)支座的內(nèi)部；動作繩環(huán)繞在軸外瓦與關(guān)節(jié)支座的環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成完整圓狀結(jié)構(gòu)外部，并深入關(guān)節(jié)支座的內(nèi)部，環(huán)繞在滑輪組的外壁。

在上述的一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，所述滑輪組包括動滑輪和兩個定滑輪；其中，動滑輪和兩個定滑輪的直徑為28-32mm；動滑輪位于中心位置；兩個定滑輪對稱固定在動滑輪的兩端；動作繩分別環(huán)繞在兩個定滑輪外壁的底端和動滑輪外壁的頂端。

在上述的一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，所述動滑輪和兩個定滑輪的軸心連線形成的圓弧與對應(yīng)偏心轉(zhuǎn)動基體的圓弧結(jié)構(gòu)為同心圓。

在上述的一種開放式空間二維偏心轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，所述動滑輪在外部電機(jī)的驅(qū)動下轉(zhuǎn)動，通過動作繩帶動兩側(cè)的定滑輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)帶動關(guān)節(jié)支座繞偏心轉(zhuǎn)動基體進(jìn)行軸向轉(zhuǎn)動。