[發明專利]六桿機構及由其組成的可展模塊、伸展臂、平面展開桁架

有效

• 申請號: 201710952095.0
• 申請日: 2017-10-13
• 公開（公告）號: CN107933959B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 齊曉志;胡穎;李兵;黃海林
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院;哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發明適用于航天設備技術領域，提供了一種六桿機構、可展模塊、伸展臂以及平面展開桁架。該六桿機構只需要一個驅動即可實現有確定路線的運動，所以該機構的自由度為1，由其構成的各類整體機構均能沿著兩個方向展開或收攏，兩個方向上的運動是耦合的，具有一定函數關系，并非是隨意運動，所以由其構成的整體機構的自由度也為1。這樣就可以減少約束部件的使用，降低了整體機構的質量和收攏體積，同時，由于空間機構的過約束特性，整體機構的剛度較高。此類整體機構還具有很好的結構對稱性，容易實現平面內兩個方向的擴展，能應用于航天領域的空間伸展臂、太陽能電池陣桁架以及大型衛星平面展開天線支撐桁架。

技術領域

本發明屬于航天設備技術領域，尤其涉及一種六桿機構及由其組成的可展模塊、伸展臂、平面展開桁架。

背景技術

隨著衛星通信、空間科學、深空探測以及對地觀測等技術的快速發展，對大尺度、輕量化、高折疊比的空間展開機構的應用需求變得愈加迫切。隨著空間結構尺寸的增大，目前航天運載工具的儲藏空間已不能滿足空間大型結構的要求，因此急需設計可以實現折疊和展開功能的大尺度空間機構，即在火箭的運輸和發射階段，大型宇航機構可以折疊在一起保持很小的尺寸，當航天器順利進入太空后，再通過一系列控制措施將機構展開成大型宇航結構并實現剛化鎖定。宇航空間展開機構的設計和研究是未來航天技術發展的關鍵基礎性問題之一。

空間展開機構可以實現重復折疊和展開，結構形式多種多樣，廣泛應用于空間大型航天器上，例如空間站、通訊衛星、太空望遠鏡等，因此大型空間展開機構具有重要的研究價值，近年來已成為宇航科學與技術領域的熱門研究課題。在國外，空間展開機構已經成功用于構建大型柔性太陽帆板支架，空間伸展臂、大口徑展開天線等，并且在大容量通訊、地球觀測等方面發揮了巨大作用，如美國使用60m伸展臂支撐雷達進行三維地形觀測，國際空間站主太陽翼的支撐臂為大型伸展臂，俄羅斯“和平號”空間站上用于通訊測試的6m口徑的EGS展開天線，美國Thuraya通信衛星上口徑12m的環形桁架式金屬網面天線，日本ETS-8衛星上口徑17m的六棱柱構架式展開天線等。大型空間展開天線的應用提高了對地觀測的分辨率水平，擴大了衛星通信的帶寬、通信距離和信息容量，特別是在軍事領域，大大提高了空間軍事偵察水平和對敵精確打擊能力，受到各個國家的高度重視。

根據國外航天器已付諸應用的空間可展機構的資料可知，可展開成平面的展開機構被大量應用于太陽能電池陣、衛星天線支撐架等領域，是目前應用最多的一類可展機構。根據展開機構的組成原理，可展機構又可以分為鉸接式可展機構和柔性材料可展機構兩大類，前者由運動副和連桿組成，此類機構的展開過程由鉸鏈活動實現，可重復折疊展開性好、壽命長、抗震性好、精度高、剛度大，當前已經被廣泛應用于空間展開桁架、空間伸展臂、衛星展開天線等領域，目前已作為成熟組件廣泛的應用于各類航天器中。國內以往研制的折疊式太陽電池陣即屬于鉸接展開式機構。但是該類機構構造工藝復雜，鉸接點較多。柔性材料可展機構由柔性材料的彈性變形實現折疊展開，構造工藝相對簡單，但是可重復收攏性差，精度和剛度都相對較低。

目前，我國在大型空間展開機構的研究與應用方面，起步晚，技術積累薄弱，與國外先進水平相比差距較大，尚無大型展開天線的成功應用案例。現有的空間展開機構方案多采用平面機構模塊構成，存在以下幾個缺點：1.機構內桿件較多，折疊比不高；2.機構內部自由多較多，一般采用同步機構或者增加驅動個數的方法降低機構的自由度，但這樣又造成機構質量和收攏體積的增大；3.平面機構組成的大型空間展開機構，剛度低，機構很難同時鎖定。

發明內容

本發明的實施例可以減少同步齒輪機構或者其他附加約束的使用，降低整體機構的質量和收攏體積，同時可通過空間機構的過約束特性，使整體機構的剛度提高。