一种多电机驱动的人形杆单侧展开机构的制作方法

本发明属于宇航空间机构技术领域，具体涉及一种多电机驱动的人形杆单侧展开机构。

背景技术

航天器在发射开始时，人形杆紧密的缠绕存储在载荷舱中，在轨释放后，通过人形杆在缠绕弯曲过程中存储的弹性应变能和电机的驱动下驱动薄膜(该机构也可以用于驱动太阳帆，太阳帆和薄膜天线同属于薄膜结构，所以用薄膜结构比较合适。)结构展开，采用电机控制人形杆的展开速度，降低了人形杆末端的冲击对整个薄膜结构的影响，最终完成人形杆的在轨展开，空间展开机构是实现这一系列动作和功能的重要保障。

当前世界上在宇航空间可展开机构领域里面超弹性支撑杆主要采用的是圆形、豆荚形和人形，人形杆具有截面方向可变形的特性，被拉扁或压扁后可容易实现人形杆的卷曲缠绕收藏；当截面恢复原来的形状时，人形杆具有较好的刚度。在驱动机构方面主要有单侧驱动机构和双侧驱动机构，现有的一些单侧驱动机构方案中人形杆的一端以扁平状态通过压板与滚筒固定在一起，通过支撑机构使人形杆截面恢复到原有的截面形状，这种驱动机构方案控制比较简单，但在人形杆展开过程中缺少对人形杆进行根部固支的装置，导致人形杆的展开状态刚度下降，对人形杆的平稳展开产生影响；现有的双侧展开机构有些主要利用带簧卷曲缠绕时储藏的弹性势能自发进行展开，这种机构结构复杂、传动效率低，没有控制机构，速度不能有效的控制，展开接近平衡位置时存在冲击震荡，可能会在带簧中产生塑性应变，同时可能损坏航天器的正常运转。

技术实现要素：

本发明的目的是：解决现有的机构体积大、质量大、不能对人形杆展开状态根部进行有效固支的问题，进而提供一种多电机驱动的人形杆单侧展开机构。

本发明的技术方案是：一种多电机驱动的人形杆单侧展开机构，它由滚筒传动机构、摇臂传动机构、根部固支机构和支撑架组成；所述滚筒传动机构包括第一电机、第一电机支架、谐波减速器一、第一齿轮、第二齿轮、第二齿轮轴、第一螺母、第三齿轮、弹簧销、第一弹簧套筒、第一弹簧、弹簧销螺母、人形杆、第一滚筒端盖、第二滚筒端盖和滚筒；所述摇臂传动机构包括第二电机、第二电机支架、谐波减速器二、蜗轮、蜗杆、蜗杆支架、蜗轮支架、第四齿轮、第五齿轮、摇臂、压扁杆、第一丝杠螺母、第二丝杠螺母和螺杆；所述根部固支机构包括第三电机、谐波减速器三、支架、联轴器、丝杠、第三丝杠螺母、第四丝杠螺母、外套、内套上部、内套下部、内套支撑架一、内套支撑架二、第一滑杆、第二滑杆、第一滑杆套、第二滑杆套、第一连杆、第二连杆、连杆套、第一滑杆连接架、第二滑杆连接架、第一导向杆、轴套一、轴套二、第二导向杆、轴套三和轴套四；所述支撑架部分包括第一侧板、第二侧板、底板、周向压杆、侧板连接杆、横杆、导向支架、第一长压杆、第二长压杆、卷尺弹簧、卷尺弹簧轴、触发杆、触发销、第二弹簧、第二弹簧套筒和套筒螺母；滚筒传动机构用于对压扁缠绕的人形杆进行存储和展开；摇臂传动机构用于实现人形杆的压扁和鼓起；根部固支机构用于实现人形杆根部的固定，增强人形杆展开时的刚度；支撑架部分用于对整个机构进行限位，保持整个机构各个部分的相对位置和稳定；所述第一电机通过谐波减速器一和第一齿轮连接，第一电机支架一端通过轴承与谐波减速器一连接，另一端通过销钉固定于第一侧板的内侧；所述第二齿轮通过第二齿轮轴和第一螺母固定于第一侧板的内侧并与第一齿轮相啮合；所述第三齿轮通过销钉和第一滚筒端盖固定并与第二齿轮想啮合；所述滚筒通过销钉与支架、第一滚筒端盖和第二滚筒端盖连接；所述弹簧销与第一弹簧套筒连接，第一弹簧安装于第一弹簧套筒内，弹簧销螺母安装于第一弹簧套筒的一端组成弹簧触发销机构；所述第二电机通过第二电机支架固定于第二侧板的内侧，且通过谐波减速器二与蜗杆的一端连接，蜗杆的另一端通过轴承与蜗杆支架配合，蜗杆支架通过销钉固定于第二侧板的内侧；所述蜗轮通过蜗轮支架固定于第二侧板的内侧并与蜗杆配合；所述螺杆通过轴承与第一侧板和第二侧板连接，摇臂和压扁杆分别安装在第一丝杠螺母和第二丝杠螺母上，两个丝杠螺母均安装在螺杆上；所述谐波减速器三安装于支架上，其一端与第三电机连接另一端与联轴器连接，联轴器的另一端与丝杠连接；所述外套通过第三丝杠螺母安装于丝杠上；所述内套支撑架一和内套支撑架二通过销轴分别与第一连杆和第二连杆的一端连接，第一连杆和第二连杆的另一端通过销轴与连杆套的上下两端连接，连杆套安装于第四丝杠螺母上，第四丝杠螺母安装于丝杠上；所述第一导向杆和第二导向杆分别通过轴套一、轴套二和轴套三、轴套四与内套支撑架一和内套支撑架二连接；所述内套上部和内套下部通过第一导向杆和销钉安装于内套支撑架一的下部和内套支撑架二的上部；所述第一滑杆和第二滑杆分别通过第一滑杆套和第二滑杆套连接支架和外套，第一滑杆和第二滑杆的一端分别通过第一滑杆连接架和第二滑杆连接架与第一导向杆和第二导向杆连接；所述第一侧板通过销钉和第一滚筒端盖连接，第二侧板通过销钉和第二滚筒端盖连接，且两个滚筒端盖之间连接有底板、侧板连接杆和七根周向压杆；所述横杆和导向支架安装于第一侧板和第二侧板的端部之间，所述触发销、第二弹簧、第二弹簧套筒安装于第一侧板和第二侧板的安装槽中，触发杆安装于触发销上，第一长压杆和第二长压杆通过两端的圆环安装于触发销上，且一个位于触发销的上部，一个位于触发销的下部，四个卷尺弹簧轴对称安装于第一侧板和第二侧板的上下两侧，四个卷尺弹簧一端连接卷尺弹簧轴，另一端与两个长压杆的一端连接；套筒螺母安装于第二弹簧套筒上。

其中，由三个电机分别驱动滚筒传动机构、摇臂传动机构和根部固支机构。

其中，采用压扁杆在螺杆上的平移实现人形杆的压平和鼓起。

其中，支架的末端加了导向支架，增强了人形杆在展开时的强度。

其中，滚筒主体为一个圆筒，人形杆存储在滚筒上。

其中，滚筒的周向安装有若干根压扁杆，使存储在滚筒上的人形杆能够紧紧贴在滚筒上。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明的各个部件的结构紧凑，且采用了卷曲缠绕的存储方式和多电机驱动方式，减小了整个机构的质量和体积，并且提供了大的伸缩比；本发明采用了摇臂传动机构和人形杆根部的固支机构，导向支架对展开人形杆展开状态的支撑，提高了人形杆展开状态的刚度；本发明采用多电机驱动，可对人形杆的位置进行控制，同时，周向压杆在缠绕和展开过程中提供周向压紧的作用，使得人形杆能够紧凑缠绕、展开。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是驱动装置、滚筒传动装置和摇臂传动装置示意图；

图3是人形支撑杆辅助支撑装置示意图；

图4是根部固支装置的详细示意图；

图5是人形支撑杆的截面图。

图中，1为滚筒传动机构，2为摇臂传动机构，3为根部固支机构，4为支撑架，5为第一电机，6为第一电机支架，7为谐波减速器一，8为第一齿轮，9为第二齿轮，10为第二齿轮轴，11为第一螺母，12为第三齿轮，13为弹簧销，14为第一弹簧套筒，15为第一弹簧，16为弹簧销螺母，17为人形杆，18为第一滚筒端盖，19为第二滚筒端盖，20为滚筒，21为第二电机，22为第二电机支架，23为谐波减速器二，24为蜗轮，25为蜗杆，26为蜗杆支架，27为蜗轮支架，28为第四齿轮，29为第五齿轮，30为摇臂，31为压扁杆，32为第一丝杠螺母，33为第二丝杠螺母，34为螺杆，35为第三电机，36为谐波减速器三，37为支架，38为联轴器，39为丝杠，40为第三丝杠螺母，41为第四丝杠螺母，42为外套，43为内套上部，44为内套下部，45为内套支撑架一，46为内套支撑架二，47为第一滑杆，48为第二滑杆，49为第一滑杆套，50为第二滑杆套，51为第一连杆，52为第二连杆，53为连杆套，54为第一滑杆连接架，55为第二滑杆连接架，56为第一导向杆，57为轴套一，58轴套二，59第二导向杆，60轴套三，61轴套四，62第一侧板，63第二侧板，64底板，65周向压杆，66侧板连接杆，67横杆，68导向支架，69第一长压杆，70第二长压杆，71卷尺弹簧，72卷尺弹簧轴，73触发杆，74触发销，75第二弹簧，76第二弹簧套筒，77套筒螺母。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1-4所示，本发明为一种多电机驱动的人形杆单侧展开机构，它由滚筒传动机构1、摇臂传动机构2、根部固支机构3、和支撑架4组成；所述滚筒传动机构包括第一电机5、第一电机支架6、谐波减速器一7、第一齿轮8、第二齿轮9、第二齿轮轴10、第一螺母11、第三齿轮12、弹簧销13、第一弹簧套筒14、第一弹簧15、弹簧销螺母16、人形杆17、第一滚筒端盖18、第二滚筒端盖19和滚筒20；所述摇臂传动机构包括第二电机21、第二电机支架22、谐波减速器二23、蜗轮24、蜗杆25、蜗杆支架26、蜗轮支架27、第四齿轮28、第五齿轮29、摇臂30、压扁杆31、第一丝杠螺母32、第二丝杠螺母33和螺杆34；所述根部固支机构包括第三电机35、谐波减速器三36、支架37、联轴器38、丝杠39、第三丝杠螺母40、第四丝杠螺母41、外套42、内套上部43、内套下部44、内套支撑架一45、内套支撑架二46、第一滑杆47、第二滑杆48、第一滑杆套49、第二滑杆套50、第一连杆51、第二连杆52、连杆套53、第一滑杆连接架54、第二滑杆连接架55、第一导向杆56、轴套一57、轴套二58、第二导向杆59、轴套三60和轴套四61；所述支撑架部分包括第一侧板62、第二侧板63、底板64、周向压杆65、侧板连接杆66、横杆67、导向支架68、第一长压杆69、第二长压杆70、卷尺弹簧71、卷尺弹簧轴72、触发杆73、触发销74、第二弹簧75、第二弹簧套筒76和套筒螺母77；滚筒传动机构用于对压扁缠绕的人形杆进行存储和展开；摇臂传动机构用于实现人形杆的压扁和鼓起；根部固支机构用于实现人形杆根部的固定，增强人形杆展开时的刚度；支架部分用于对整个机构进行限位，保持整个机构各个部分的相对位置和稳定；所述第一电机5通过谐波减速器一7和第一齿轮8连接，第一电机支架6一端通过轴承与谐波减速器一连接，另一端通过销钉固定于第一侧板62的内侧；所述第二齿轮9通过第二齿轮轴10和第一螺母11固定于第一侧板的内侧并与第一齿轮相啮合；所述第三齿轮通过销钉和第一滚筒端盖固定并与第二齿轮啮合；所述滚筒20通过销钉与支架37、第一滚筒端盖18和第二滚筒端盖19连接；所述弹簧销13与第一弹簧套筒14连接，第一弹簧15安装于第一弹簧套筒内，弹簧销螺母16安装于第一弹簧套筒的一端组成弹簧触发销机构；所述第二电机21通过第二电机支架22固定于第二侧板63的内侧，且通过谐波减速器二23与蜗杆25的一端连接，蜗杆的另一端通过轴承与蜗杆支架配合，蜗杆支架通过销钉固定于第二侧板63的内侧；所述蜗轮24通过蜗轮支架27固定于第二侧板的内侧并与蜗杆配合；所述螺杆34通过轴承与第一侧板和第二侧板连接，摇臂30和压扁杆31分别安装在第一丝杠螺母32和第二丝杠螺母33上，两个丝杠螺母均安装在螺杆上；所述谐波减速器三36安装于支架37上，其一端与第三电机35连接，另一端与联轴器38的一端连接，联轴器的另一端与丝杠39连接；所述外套42通过第三丝杠螺母40安装于丝杠上；所述内套支撑架一45和内套支撑架二46通过销轴分别与第一连杆51和第二连杆52的一端连接，第一连杆和第二连杆的另一端通过销轴与连杆套53的上下两端连接，连杆套安装于第四丝杠螺母41上，第四丝杠螺母安装于丝杠上；所述第一导向杆56和第二导向杆59分别通过轴套一57、轴套二58和轴套三60、轴套四61与内套支撑架一和内套支撑架二连接；所述内套上部43和内套下部44通过第一导向杆和销钉安装于内套支撑架一的下部和内套支撑架二的上部；所述第一滑杆47和第二滑杆48分别通过第一滑杆套49和第二滑杆套50连接支架和外套，第一滑杆和第二滑杆的一端分别通过第一滑杆连接架54和第二滑杆连接架55与第一导向杆和第二导向杆连接；所述第一侧板通过销钉和第一滚筒端盖连接，第二侧板通过销钉和第二滚筒端盖连接，且两个滚筒端盖之间连接有底板64、侧板连接杆66和七根周向压杆65；所述横杆67和导向支架68安装于第一侧板和第二侧板的端部之间，所述触发销74、第二弹簧75、第二弹簧套筒76安装于第一侧板和第二侧板的安装槽中，触发杆73安装于触发销上，第一长压杆69和第二长压杆70通过两端的圆环安装于触发销上，且一个位于触发销的上部，一个位于触发销的下部，四个卷尺弹簧轴72对称安装于第一侧板和第二侧板的上下两侧，四个卷尺弹簧71一端连接卷尺弹簧轴，另一端与两个长压杆的一端连接；套筒螺母77安装于第二弹簧套筒上。

具体安装方法如下：

(1)将第一侧板62、第二侧板63通过底板64和侧板连接杆66连接，并且通过销钉分别与第一滚筒端盖18和第二滚筒端盖19连接；滚筒20通过销钉和支架37、第一滚筒端盖和第二滚筒端盖连接；整个滚筒传动机构通过销钉安装于第一侧板和第二侧板之间。

(2)螺杆34通过轴承分别与两个侧板连接，螺杆的一端与第五齿轮29连接，第五齿轮安装于第二侧板63的外部，蜗轮24、蜗杆25分别通过蜗轮支架27和蜗杆支架26与第二侧板连接，其中蜗轮轴的一端与蜗轮支架通过轴承连接，另一端与第四齿轮28连接，且第四齿轮与第五齿轮相互啮合，第二电机21通过第二电机支架22安装于第二侧板的内侧。

(3)整个根部固支机构由支架37通过销钉与滚筒20的上下两端连接。

(4)周向压杆65通过轴承安装于第一侧板和第二侧板之间，横杆67、导向支架68通过销钉安装于两侧板之间，长压杆触发机构通过卷尺弹簧轴72安装于两个侧板之间。

(5)将展开状态的一端依次穿过导向支架68和长压杆触发机构，然后把这一端压平，把压平的人形杆17放入摇臂30和压扁杆31的中间开口处，且摇臂通过螺钉与压平的人形杆紧固连接，至此完成人形杆单侧驱动机构的安装。

(6)如图2所示，本发明采用了摇臂传动机构的压平方式，摇臂30和压扁杆31的设计是关键，摇臂和压扁杆分别通过第一丝杠螺母32和第二丝杠螺母33安装在螺杆34上，摇臂传动机构主要通过第二电机21的驱动使得位于螺杆上的压扁杆左右移动来实现人形杆的压平和鼓起。

(7)展开过程：开始时人形杆自然状态是展开状态，随着第二电机21驱动压扁杆向远离摇臂30一端的方向移动，人形杆17的一端被压扁；接着第一电机6驱动滚筒20转动，摇臂贴附于滚筒上开始进行人形杆的缠绕；人形杆展开时，首先由第一电机驱动滚筒转动，人形杆的末端通过导向支架68向外伸展；待人形杆完全展开时，滚筒停止转动，先由第三电机35驱动外套42伸出，为人形杆提供径向和轴向的支撑，接着第二电机21驱动摇臂机构中的压扁杆31向摇臂靠近进行人形杆的鼓起，紧接着第三电机35驱动内套上部43和内套下部44向外套方向伸出，通过内外套的配合最终使得人形杆完美展开。