一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构

本发明属于航天，尤其涉及一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构。

背景技术：

1、近年来，航天器的飞行任务越来越多样化，其结构也日益复杂且大型化，功能不断增多，为了解决复杂空间结构大型化而运输工具有效空间有限的问题，空间可展结构应运而生并不断发展，这种结构在发射前进行折叠、收拢，到达预设轨道后，按照设定展开，成为满足使用要求的大型航天结构。微小卫星平台设计是空间可展结构的重要应用领域，由于其体积限制，卫星的搭载空间通常非常有限，使得微小卫星在搭载设备或组件时必须进行非常精细的设计，以确保所有设备都能在有限的空间内合理地安装和运行。

2、盘绕式伸展臂作为一种典型的一维柔性展开机构，与铰接桁架式伸展臂相比，质量更低、结构更简单、收拢比更高，根据驱动纵杆变形的方式，盘绕式伸展臂可以分为自由展开的伸展臂、拉索展开伸展臂和螺母展开伸展臂三种。如公布号为cn116280261a的专利申请，公开了一种被动式拉索展开的空间盘绕式伸展臂系统，提供了配套的锁紧释放机构用于控制伸展臂展开，具有高伸缩比、高可靠性等优点，但这种盘绕式伸展臂展开过程不稳定，结构整体刚度小，在展开的过程中顶端螺旋向上展开，指向精度仍待提高，对搭载高精度载荷的任务适用性欠缺，且在空间只能实现一次伸展，局限性较高，不适应搭载空间相机实现变焦等空间任务；如张淑杰在《空间实验室半刚性太阳电池阵展开机构设计及热—结构耦合分析》一文提出了一种横撑为三角形的有铰链盘绕式展开机构，依靠外置旋转螺母实现机构运动，展开精度较高，既可以展开也可以收拢，在展开过程中和完全展开后都具有更高的强度和刚度，但外置螺母展开需要大半径收纳筒以及与此半径相配合的升降螺母，增大了展开机构的表面积，影响了伸展臂底端与转盘的布局设计，同时，由于其选用电机转速高、扭矩小，需要对升降螺母表面设计轮齿面，通过齿轮连接的方式驱动升降螺母转动，为实现螺母与转盘同步转动，还需要用万向节将两者连接，使得这种盘绕式伸展臂占据收藏体积进一步增大，不宜推广应用在微小卫星的空间展开任务上。

3、因此，提出一种可重复展开与收纳、顶部平台与卫星本体间无相对转动同时占据收藏空间小的盘绕式伸展臂方案在微小卫星设计中至关重要。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，包括：

3、卫星舱板；

4、盘绕式伸展臂，所述盘绕式伸展臂底端连接有转盘，转盘与卫星舱板轴承连接；

5、内置螺柱展开结构，安装在所述卫星舱板上，位于所述盘绕式伸展臂的底端，处于盘绕式伸展臂的中心；

6、其中，所述盘绕式伸展臂包括多层滚珠杆，所述滚珠杆依次与内置螺柱展开结构配合，用于带动盘绕式伸展臂重复展开或收拢。

7、优选地，所述内置螺柱展开结构包括：

8、驱动电机，安装在所述卫星舱板上；

9、内置螺柱，所述驱动电机的输出轴与内置螺柱相连接，所述内置螺柱外表面设有外螺旋凹槽，所述滚珠杆的滚珠段与外螺纹凹槽接触；

10、直线导轨，安装在所述卫星舱板上，套设在所述内置螺柱的外侧，所述直线导轨上开设有导引槽，用于限制滚珠杆的滚柱段只沿导引槽进行上下运动。

11、优选地，所述盘绕式伸展臂包括：

12、三角横框，所述三角横框设有多层，每层三角横框均由三根横杆以及三个紧固结构组成；

13、纵杆，所述纵杆设有三根，所述三角横框通过紧固结构与所述纵杆相连；

14、对角加劲索，穿过所述紧固结构连接相邻层的三角横框。

15、优选地，所述内置螺柱展开结构位于三角横框的中心，所述内置螺柱与三角横框对心放置，所述内置螺柱的横截面圆心与三角横框的几何中心位于同一垂直线上。

16、优选地，所述紧固结构包括：

17、v形铰链，所述v形铰链上开设有连接横杆的穿孔；

18、纵杆夹持结构，与所述v形铰链相对应，所述纵杆连接在纵杆夹持结构上，所述滚珠杆的非滚珠段穿过v形铰链与纵杆夹持结构螺纹连接；

19、螺钉，连接在所述v形铰链的螺纹孔上，用于紧固穿过所述v形铰链的对角加劲索。

20、本发明实施例提供的一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构将内置螺柱展开结构布置在盘绕式伸展臂的内部，利用了展开部分原本被搁置的空间，将盘绕式伸展臂底端转盘与卫星舱板以轴承连接，转盘即可相对卫星本体实现自由转动，通过设置内置螺柱展开结构，使得盘绕式伸展臂每层上的滚珠杆依次与内置螺柱展开结构配合，实现盘绕式伸展臂的重复收展，且顶端部件及展开部分相对卫星舱板不发生转动，从而满足空间光学照相机等科学载荷高指向精度的要求。

技术特征：

1.一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，其特征在于，所述内置螺柱展开结构（1）包括：

3.根据权利要求2所述的基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，其特征在于，所述盘绕式伸展臂（2）包括：

4.根据权利要求3所述的基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，其特征在于，所述内置螺柱展开结构（1）位于三角横框的中心，所述内置螺柱（3）与三角横框对心放置，所述内置螺柱（3）的横截面圆心与三角横框的几何中心位于同一垂直线上。

5.根据权利要求3所述的基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，其特征在于，所述紧固结构包括：

技术总结
本发明适用于航天技术领域，提供了一种基于内置螺柱展开的空间盘绕式伸展臂机构，包括：卫星舱板；盘绕式伸展臂，盘绕式伸展臂底端连接有转盘，转盘与卫星舱板轴承连接；内置螺柱展开结构，安装在卫星舱板上，位于盘绕式伸展臂的底端，处于盘绕式伸展臂的中心；其中，盘绕式伸展臂包括多层滚珠杆，滚珠杆依次与内置螺柱展开结构配合，用于带动盘绕式伸展臂重复展开或收拢。本发明将内置螺柱展开结构布置在盘绕式伸展臂的内部，利用了展开部分原本被搁置的空间，实现盘绕式伸展臂的重复收展，顶端部件及展开部分相对卫星舱板不发生转动，可以满足空间光学照相机等科学载荷高指向精度的要求。

技术研发人员：孙亮,赵炜佳,赵旭瑞,赵泽林,刘宇,黄海,刘家俊
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8