一种可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构的制作方法

本发明属于机械技术领域，涉及一种可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，具体来说是一种采用绳索驱动机构展开和收拢，在完全展开状态机构能够拟合指定抛物柱面，在完全收拢状态机构能够收拢成紧凑的一束的展收机构。

背景技术：

随着航天事业的飞速发展，对大型空间天线机构的需求迅猛增长。由于运载火箭几何空间的限制，机构需要在发射阶段处于收拢状态以减少存储体积，到达指定轨道时再展开至较大几何尺寸进行工作；同时机构自由度需为1，以保证可靠的展开和收拢；还需要机构能够在完全展开状态拟合抛物柱面，以便进行信号的发射、采集等任务；除此之外，还需要进行驱动的设计，实现机构在展开状态和收拢状态之间的转变，以适应不同的任务需求。因此，需要进行一种能够拟合抛物柱面的单自由度展收机构及其驱动的设计。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，可保证机构在完全展开状态拟合指定抛物柱面，采用绳索驱动机构可靠的展开和收拢；且机构自由度为1，展收时径向和轴向同步运动。

本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，包括径向展收机构、轴向展收机构与绳驱动机构。

所述径向展收机构左右对称设置；径向展收机构由前部连杆组件与后部连杆组件构成，两者均为V型结构，前后对称设置，与中部基板相连。

所述轴向展收机构由剪叉式伸展臂组成，且两端分别与左右两侧径向展收机构间通过滑动副连接；通过绳驱动机构驱动剪叉式伸展臂伸缩，实现前部连杆组件与后部连杆组件构成的V型结构夹角增大与减小。

上述前部连杆组件与后部连杆组件均包括中部基板、内侧长连杆、外侧长连杆、基板连杆、曲柄连杆、径向滑块与第一～第四短连杆。其中，内侧长连杆与外侧长连杆均为由长杆与短杆构成的L形杆件；内侧长连杆的长杆端部与中部基板间通过转动副连接；内侧长连杆的短杆端部与外侧长连杆的短杆端部通过转动副相连；径向滑块通过移动副与内侧长连杆相连；曲柄连杆一端与中部基板通过转动副相连；且前后两连杆组件的曲柄连杆与中部基板三者间共同通过一个转动副；曲柄连杆另一端通过转动副与内侧长连杆上的径向滑块相连。基板连杆一端通过转动副与中部基板相连，另一端与第一短连杆的A端及第二短连杆的A端三者间通过转动副相连；第一短连杆的B端与第三短连杆的A端及内侧长连杆拐角处三者间通过转动副相连；第二短连杆的B端与第三短连杆的B端及第四短连杆的B端三者间通过转动副连接；第四短连杆的A端通过转动副与外侧长连杆拐角处连接。

上述绳驱动机构包括展开驱动机构与收拢驱动机构，均安装于中部基板上。展开驱动机构包括展开绳、展开绕线辊、展开驱动电机，展开主动齿轮与展开从动齿轮。其中，展开绳一端与第二剪叉式伸展臂相连，并通过安装于轴向滑块上的绕绳轮后，缠绕于展开绕线辊上。展开绕线辊同轴固定安装于展开从动齿轮上，展开从动齿轮与基板间通过转动副相连。展开驱动电机输出轴上固定展开主动齿轮固定相连，展开主动齿轮与基板间通过转动副相连；同时展开主动齿轮与展开从动齿轮间相互啮合。

上述收拢驱动机构包括收拢绳、收拢绕线辊、收拢驱动电机、收拢主动齿轮与收拢从动齿轮。其中，收拢绳一端与第三剪叉式伸展臂相连，并通过安装于同轴向滑块相连的连杆端部的绕绳轮后，缠绕于收拢绕线辊上。收拢绕线辊同轴固定安装于收拢从动齿轮上，收拢从动齿轮与中部基板间通过转动副相连。收拢驱动电机输出轴上固定收拢主动齿轮固定相连，收拢主动齿轮与中部基板间通过转动副相连；同时收拢主动齿轮与收拢从动齿轮间相互啮合。

当展开驱动电机顺时针转动时，通过展开主动齿轮带动展开绕线辊逆时针转动，使得展开绳在展开绕线辊上缠绕，拉动第二剪叉式伸展臂中同侧前方轴向滑块固定向靠近后方轴向滑块的方向移动，进而使得径向展收机构和轴向展收机构同步展开，完成整个机构的展开。收拢驱动电机逆时针转动时，通过收拢主动齿轮带动收拢绕线辊顺时针转动，使得收拢绳在收拢绕线辊上缠绕，使得与收拢绳相连的连杆的末端向着靠近绕绳轮的方向移动，进而使得径向展收机构和轴向展收机构同步收拢，完成整个机构的收拢；机构完全收拢时，可收拢为紧凑的一束。

本发明的优点在于：

1、本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，在完全收拢状态为紧凑的一束。

2、本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，自由度为1，展开和收拢过程中径向和轴向机构能够同步运动。

3、本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，采用绳索进行驱动，具有重量轻、布置范围广的特点，有利于大型机构的展开和收拢。

4、本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，可以进行轴向拓展，组装成为更大尺度的机构。

附图说明

图1为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构整体结构示意图；

图2为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构中径向展收机构示意图；

图3为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构中轴向展收机构示意图；

图4为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构中绳驱动机构示意图；

图5为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构完全收拢示意图；

图6为本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构轴向拓展效果示意图。

图中：

1-径向展收机构 2-轴向展收机构 3-绳驱动机构

4-抛物线 101-中部基板 102-内侧长连杆

103-外侧长连杆 104-基板连杆 105-曲柄连杆

106-滑块 107-第一短连杆 108-第二短连杆

109-第三短连杆 110-第四短连杆 201-剪叉单元

202-滑块 301-展开绳 302-展开绕线辊

303-展开驱动电机 304-展开主动齿轮 305-展开从动齿轮

306-收拢绳 307-收拢绕线辊 308-收拢驱动电机

309-收拢主动齿轮 310-收拢从动齿轮 A-第一剪叉式伸展臂

B-第二剪叉式伸展臂 C-第三剪叉式伸展臂 D-第四剪叉式伸展臂

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明可拟合抛物柱面的绳驱动展收机构，包括径向展收机构1、轴向展收机构2与绳驱动机构3，如图1所示。

所述径向展收机构1为两套，左右对称设置。径向展收机构1由前部连杆组件与后部连杆组件构成，两者结构相同，前后对称设置，相对一端连接于中部基板101上。前部连杆组件与后部连杆组件均包括中部基板101、内侧长连杆102、外侧长连杆103、基板连杆104、曲柄连杆105、径向滑块106与第一～第四短连杆107～110，如图2所示。其中，内侧长连杆102与外侧长连杆103尺寸相同，均为由长杆与短杆构成的L形杆件。内侧长连杆102的长杆端部与中部基板101间通过转动副连接；内侧长连杆102的短杆端部与外侧长连杆103的短杆端部通过转动副相连。径向滑块106通过移动副与内侧长连杆102相连。曲柄连杆105一端与中部基板101通过转动副相连；且前后两连杆组件的曲柄连杆105与中部基板101三者间共同通过一个转动副；曲柄连杆105另一端通过转动副与内侧长连杆102上的径向滑块106相连。基板连杆104一端通过转动副与中部基板101相连，另一端与第一短连杆107的A端及第二短连杆108的A端三者间通过转动副相连；第一短连杆107的B端与第三短连杆109的A端及内侧长连杆102拐角处(长杆与短杆相接处)三者间通过转动副相连；第二短连杆108的B端与第三短连杆109的B端及第四短连杆110的B端三者间通过转动副连接；第四短连杆110的A端通过转动副与外侧长连杆103拐角处(长杆与短杆相接处)连接。由此，前部连杆组件与后部连杆组件中的内侧长连杆102、径向滑块106与曲柄连杆105三者构成一个曲柄滑块机构，当驱动前部连杆组件与后部连杆组件中的基板连杆104同步向外侧转动时，径向滑块106沿着内侧长连杆102向靠近基板101的方向移动时，会带动内侧长连杆102转动(前部连杆组件中内侧长连杆102顺时针转动，后部连杆组件中内侧长连杆102逆时针转动)，进而可实现径向展收机构1的展开；反之，当径向滑块106沿着内侧长连杆102向远离基板101的方向移动时，实现径向展收机构1的收拢。

为保证前部连杆组件与后部连杆组件间的同步运动，在前部连杆组件与后部连杆组件的基板连杆104与中部基板101相连位置固定安装有齿轮，齿轮与基板连杆104的转动副轴线同轴，且齿轮间相互啮合；以此实现基板连杆104反向等角度转动。

所述轴向展收机构2由剪叉式机构组成，共有四个剪叉式伸展臂，如图3所示。每个剪叉式伸展臂具有n(n大于2)组中部通过转动副连接的两根连杆组成的剪叉单元201；且相邻剪叉单元201间同侧连杆端部通过转动副相连。在两端的两个剪叉单元201中，两根连杆端部通过转动副连接轴向滑块202。

上述结构的四个剪叉式伸展臂，由前至后设置，另分别为第一～第四剪叉式伸展臂。其中，第一剪叉式伸展臂A两端的剪叉单元201中轴向滑块202分别通过滑动副套于前侧与后侧的前部连杆组件中外侧长连杆103上。第二剪叉式伸展臂B两端剪叉单元201中轴向滑块202分别通过滑动副套于前侧与后侧的前部连杆组件中内侧长连杆102上。第三剪叉式伸展臂C两端剪叉单元201中轴向滑块202分别通过滑动副套于前侧与后侧的后部连杆组件中内侧长连杆102上。第四剪叉式伸展臂D两端剪叉单元201中轴向滑块202分别通过滑动副套于前侧与后侧的后部连杆组件中外侧长连杆103上。由此通过同步控制四个剪叉式伸展臂两端轴向滑块202远离时，使四个剪叉式伸展臂长度同步变长，实现轴向展收机构2的展开；反之，通过同步控制四个剪叉式伸展臂两端轴向滑块202靠近时，使四个剪叉式伸展臂长度同步变短，实现轴向展收机构2的收拢。

上述径向展收机构1与轴向展收机构2的展收由绳驱动机构3实现。所述绳驱动机构3包括展开驱动机构与收拢驱动机构，均安装于左侧径向展收机构的中部基板101上，如图4所示。

所述展开驱动机构包括展开绳301、展开绕线辊302、展开驱动电机303，展开主动齿轮304与展开从动齿轮305。其中，展开绳301一端与第二剪叉式伸展臂B左端前方的轴向滑块202固定，同时绕过该剪叉单元201后方轴向滑块202上安装的绕绳轮后缠绕于展开绕线辊304上；展开绕线辊304同轴固定安装于展开从动齿轮305上，展开从动齿轮305与基板101间通过转动副相连。展开驱动电机303通过电机架安装于中间基板101上，输出轴上固定展开主动齿轮304，展开主动齿轮304与基板101间通过转动副相连；同时展开主动齿轮304与展开从动齿轮305间相互啮合。

所述收拢驱动机构包括收拢绳306、收拢绕线辊307、收拢驱动电机308、收拢主动齿轮309与收拢从动齿轮310。其中，收拢绳306一端与第三剪叉式伸展臂C左侧的剪叉单元201连杆右端端部固定，另一端绕过与前侧轴向滑块202相连的连杆端部安装的绕绳轮，随后绕过后连杆组件中内侧长连杆102与中部基板101相连一端上安装的绕绳轮，最终缠绕于收拢绕线辊307上；收拢绕线辊307同轴固定安装于收拢从动齿轮310上，收拢从动齿轮310与中部基板101间通过转动副相连。收拢驱动电机308通过电机架安装于中间基板101上，输出轴上固定收拢主动齿轮309固定相连，收拢主动齿轮309与中部基板101间通过转动副相连；同时收拢主动齿轮309与收拢从动齿轮310间相互啮合。

由此，展开驱动电机303顺时针转动时，通过展开主动齿轮304带动展开绕线辊302逆时针转动，使得展开绳301在展开绕线辊302上缠绕，拉动第二剪叉式伸展臂B左端前方的轴向滑块202向后方轴向滑块202的方向移动，进而使得径向展收机构1和轴向展收机构2同步展开，完成整个机构的展开，如图1所示。收拢驱动电机308逆时针转动时，通过收拢主动齿轮309带动收拢绕线辊307顺时针转动，使得收拢绳306在收拢绕线辊307上缠绕，使得与收拢绳306相连的连杆的末端向着靠近绕绳轮的方向移动，进而使得径向展收机构1和轴向展收机构2同步收拢，完成整个机构的收拢；机构完全收拢时，可收拢为紧凑的一束，如图5所示。

机构完全展开时，前部连杆组件的内侧长连杆102与中部基板101相连的转动副、内侧长连杆102拐角处和前部连杆组件的内侧长连杆102远端点、外侧长连杆103拐角处的转动副准确落在指定的抛物线4上，如图1所示。

该展收机构还可以进行轴向拓展，如图6所示；两个相邻展收机构共用一组径向展收机构1；两个相邻展收机构的轴向展收机构2的剪叉式单元连杆安装滑块的一段间共用同一轴向滑块。进行轴向拓展后的机构可以形成更大尺度的展收机构。