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一种开放式空间二维偏心 转动关节

阅读：495发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种开放式空间二维偏心转动关节专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种开放式空间二维偏心转动关节，涉及卫星和航天技术领域；包括偏心转动基体、轴内瓦、轴外瓦、关节支座和锁紧圈；偏心转动基体为两个圆弧弧形向内垂直连接机构；轴内瓦分别与偏心转动基体的两个圆弧固定连接形成完整圆状结构；轴外瓦分别安装在轴内瓦的外壁；轴外瓦与关节支座的环状结构形成完整圆状结构；锁紧圈为两个平行的圆环状结构，两个圆环状结构分别套在轴外瓦与关节支座组成环状结构外壁的轴向两端，实现锁紧固定；本发明运动关节结构形式简洁、环境适应性强、可靠性高、资源占用率低，可广泛应用于各类航天器上空间展开机构的运动关节机构单元上。，下面是一种开放式空间二维偏心转动关节专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：包括偏心转动基体(1)、2个轴内瓦(2)、2个轴外瓦(3)、2个关节支座(4)和锁紧圈(5)；其中，偏心转动基体(1)为两个圆弧弧形向内垂直连接机构；2个轴内瓦(2)弧度与偏心转动基体(1)的圆弧弧度相同；2个轴内瓦(2)分别与偏心转动基体(1)的两个圆弧固定连接，实现轴内瓦(2)与偏心转动基体(1)的圆弧形成完整圆状结构；2个关节支座(4)分布安装在偏心转动基体(1)两个圆弧的外壁；关节支座(4)的顶部为环状结构，关节支座(4)环状结构的内壁固定安装在偏心转动基体(1)圆弧的外壁；2个轴外瓦(3)分别安装在2个轴内瓦(2)的外壁；轴外瓦(3)与关节支座(4)的环状结构形成完整圆状结构；锁紧圈(5)为两个平行的圆环状结构，两个圆环状结构分别套在轴外瓦(3)与关节支座(4)组成环状结构外壁的轴向两端，实现锁紧固定。
2.根据权利要求1所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述的偏心转动关节还包括动作绳(6)和滑轮组(7)；滑轮组(7)固定安装在关节支座(4)的内部；动作绳(6)环绕在轴外瓦(3)与关节支座(4)的环状结构形成完整圆状结构外部，并深入关节支座(4)的内部，环绕在滑轮组(7)的外壁。
3.根据权利要求2所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述滑轮组(7)包括动滑轮(7-1)和两个定滑轮(7-2)；其中，动滑轮(7-1)和两个定滑轮(7-2)的直径为
28-32mm；动滑轮(7-1)位于中心位置；两个定滑轮(7-2)对称固定在动滑轮(7-1)的两端；动作绳(6)分别环绕在两个定滑轮(7-2)外壁的底端和动滑轮(7-1)外壁的顶端。
4.根据权利要求3所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述动滑轮(7-1)和两个定滑轮(7-2)的轴心连线形成的圆弧与对应偏心转动基体(1)的圆弧结构为同心圆。
5.根据权利要求4所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述动滑轮(7-1)在外部电机的驱动下转动，通过动作绳(6)带动两侧的定滑轮(7-2)转动，实现带动关节支座(4)绕偏心转动基体(1)进行轴向转动。
6.根据权利要求1所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述偏心转动基体(1)包括两个相同的弧状运动副(1-1)和承载梁(1-2)；所述弧状运动副(1-1)为直径
160-220mm对应的半圆弧；承载梁(1-2)固定安装在两个相同的弧状运动副(1-1)的内弧之间；承载梁(1-2)的长度为弧状运动副(1-1)的直径长度。
7.根据权利要求1所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述承载梁(1-2)将弧状运动副(1-1)分为大小两部分，小部分的弧长为弧状运动副(1-1)弧长的
8.根据权利要求1-7之一所述的一种开放式空间二维偏心转动关节，其特征在于：所述关节支座(4)沿偏心转动基体(1)为圆弧的旋转范围为0-330°。

说明书全文

一种开放式空间二维偏心转动关节

技术领域

[0001] 本发明涉及一种卫星和航天技术领域，特别是一种一种开放式空间二维偏心转动关节。

背景技术

[0002] 随着航天器在轨服役期间任务种类的增加和功能需求的提升，越来越多的航天器需要采用空间运动机构的协助来完成规定的任务，有些空间运动机构已成为航天器(如国际空间站机械手、火星探测机器人等)在轨期间执行任务的核心和主要手段，大量空间运动机构的使用提高了航天器在轨执行任务的灵活性、自主性和时效性。

[0003] 空间展开机构是最为常见的一种空间运动机构，其工作原理是在动力源的驱动下完成对结构件的展开、收拢和转动等功能，并通过多个结构件之间的运动配合来实现整套空间展开机构的预定功能。典型的空间展开机构都采用了人体仿生学中对“手臂”模拟的设计思路，主结构多是由两根或多根杆结构组成，杆结构之间多采用运动关节进行连接，通过动力源驱动运动关节实现杆结构之间的相对运动，通过杆结构组之间的运动配合实现整套空间展开机构的系统运动，进而完成空间展开机构整体规定动作的执行，实现特定的功能。因此，运动关节决定了空间展开机构的运动特性，是整套系统的关键。

[0004] 由于航天器任务的特殊性，空间运动关节在设计上重点需要考虑的问题是如何提高可靠性、如何降低资源占用率以及如何提高任务执行的效率。根据目前在航天器上使用的各类运动关节的应用效果来看，普遍存在如下缺点：

[0005] (1)系统复杂：运动关节的功能多通过伺服电机来实现，伺服电机安装于两结构件之间，伺服电机以及所需的安装结构复杂，同时伺服电机需要供电、控制以及信号采集等的电路系统，进一步增加了系统的复杂性。

[0006] (2)使用环境受限：由于电机的存在，电机转动过程中必然会产生振动、噪声以及电磁场，一些安装于展开机构上且对振动、噪声和电磁环境敏感的设备是无法适应的。另一方面，电机一般都会对航天器或展开机构所提供的安装环境(安装精度、力学环境、热环境等)提出要求，在某些情况下要求很高，需要设计严格保证。这些特点都将使运动关节的使用环境受到限制。

[0007] (3)可靠性低：系统设计复杂、使用环境要求严格都将导致系统可靠性的降低，特别是对使用环境的依赖性，提高了外界环境因素对系统可靠性的影响程度，降低了系统的可靠性。

[0008] (4)资源占用率高：系统的复杂性必然带来重量、体积和电功耗的增加，这些资源对于任何航天器都是非常宝贵的；另一方面，对使用环境的高敏感度只能通过增加配置来克服，如增加系统冗余、结构加强等手段，进一步增加了系统资源的占用率。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种开放式空间二维偏心转动关节，运动关节结构形式简洁、环境适应性强、可靠性高、资源占用率低，可广泛应用于各类航天器上空间展开机构的运动关节机构单元上。

[0010] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

[0011] 一种开放式空间二维偏心转动关节，包括偏心转动基体、2个轴内瓦、2个轴外瓦、2个关节支座和锁紧圈；其中，偏心转动基体为两个圆弧弧形向内垂直连接机构；2个轴内瓦弧度与偏心转动基体的圆弧弧度相同；2个轴内瓦分别与偏心转动基体的两个圆弧固定连接，实现轴内瓦与偏心转动基体的圆弧形成完整圆状结构；2个关节支座分布安装在偏心转动基体两个圆弧的外壁；关节支座的顶部为环状结构，关节支座环状结构的内壁固定安装在偏心转动基体圆弧的外壁；2个轴外瓦分别安装在2个轴内瓦的外壁；轴外瓦与关节支座的环状结构形成完整圆状结构；锁紧圈为两个平行的圆环状结构，两个圆环状结构分别套在轴外瓦与关节支座组成环状结构外壁的轴向两端，实现锁紧固定。

[0012] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述的偏心转动关节还包括动作绳和滑轮组；滑轮组固定安装在关节支座的内部；动作绳环绕在轴外瓦与关节支座的环状结构形成完整圆状结构外部，并深入关节支座的内部，环绕在滑轮组的外壁。

[0013] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述滑轮组包括动滑轮和两个定滑轮；其中，动滑轮和两个定滑轮的直径为28-32mm；动滑轮位于中心位置；两个定滑轮对称固定在动滑轮的两端；动作绳分别环绕在两个定滑轮外壁的底端和动滑轮外壁的顶端。

[0014] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述动滑轮和两个定滑轮的轴心连线形成的圆弧与对应偏心转动基体的圆弧结构为同心圆。

[0015] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述动滑轮在外部电机的驱动下转动，通过动作绳带动两侧的定滑轮转动，实现带动关节支座绕偏心转动基体进行轴向转动。

[0016] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述偏心转动基体包括两个相同的弧状运动副和承载梁；所述弧状运动副为直径160-220mm对应的半圆弧；承载梁固定安装在两个相同的弧状运动副的内弧之间；承载梁的长度为弧状运动副的直径长度。

[0017] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述承载梁将弧状运动副分为大小两部分，小部分的弧长为弧状运动副弧长的

[0018] 在上述的一种开放式空间二维偏心转动关节，所述关节支座沿偏心转动基体为圆弧的旋转范围为0-330°。

[0019] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0020] (1)本发明设置二维转动基体，通过一个转动基体实现双轴转动功能，两转动轴之间不需要设置过渡支撑，通过滚珠组实现二维转动基体与关节支座的转动匹配，不需要轴承结构，且二维转动基体外形近似球形结构，减小了体积和重量、节约了安装空间；通过定滑轮组驱动动作绳系，从而驱动二维转动基体，不需要内置电机进行驱动，减小了体积和重量、节约了安装空间；

[0021] (2)本发明采用一个二维转动基体实现双轴转动功能，消除了由于加工、装配等因素引起的转动传递误差，提高了双轴转动之间的匹配精度；

[0022] (3)本发明二维转动基体外形近似球形结构，使二维转动基体转动过程中承受的载荷通过几何中心(质心)，且二维转动基体与关节支座之间通过球形滚珠配合，受力均匀、转动平滑，提高了系统承载能力；

[0023] (4)本发明重量轻、体积小、内部无供电需求部件，使空间二维同心转动关节在重量、体积和电功耗需求方面具有明显的优势；

[0024] (5)本发明提高了环境适应性：一种开放式空间二维偏心转动关节内部无电性能产品，无类似轴承配合的高精度装配要求，降低了系统对使用环境的要求，使产品具有很好的环境适应性；

[0025] (6)本发明单个关节支座可实现沿某一个方向的单轴转动，采用两个结构形式完全相同的关节支座可以实现沿某两个方向的双轴转动，提高了产品的通用性和可维修性；关节支座对外接口设计简单，提高了系统的适用性，可广泛应用于各类航天器的空间展开机构上；

[0026] (7)本发明系统设计简洁、环境适应性强、产品通用性和可维修性高，提高了系统的可靠性。附图说明

[0027] 图1为本发明一种开放式空间二维偏心转动关节示意图；

[0028] 图2为本发明关节支座剖面示意图；

[0029] 图3为本发明偏心转动基体示意图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

[0031] 如图1所示为一种开放式空间二维偏心转动关节示意图，由图可知，一种开放式空间二维偏心转动关节，包括偏心转动基体1、2个轴内瓦2、2个轴外瓦3、2个关节支座4和锁紧圈5；其中，偏心转动基体1为两个圆弧弧形向内垂直连接机构；2个轴内瓦2弧度与偏心转动基体1的圆弧弧度相同；2个轴内瓦2分别与偏心转动基体1的两个圆弧固定连接，实现轴内瓦2与偏心转动基体1的圆弧形成完整圆状结构；2个关节支座4分布安装在偏心转动基体1两个圆弧的外壁；关节支座4的顶部为环状结构，关节支座4环状结构的内壁固定安装在偏心转动基体1圆弧的外壁；2个轴外瓦3分别安装在2个轴内瓦2的外壁；轴外瓦3与关节支座4的环状结构形成完整圆状结构；锁紧圈5为两个平行的圆环状结构，两个圆环状结构分别套在轴外瓦3与关节支座4组成环状结构外壁的轴向两端，实现锁紧固定。

[0032] 如图2所示为关节支座剖面示意图，由图可知，偏心转动关节还包括动作绳6和滑轮组7；滑轮组7固定安装在关节支座4的内部；动作绳6环绕在轴外瓦3与关节支座4的环状结构形成完整圆状结构外部，并深入关节支座4的内部，环绕在滑轮组7的外壁。

[0033] 其中，滑轮组7包括动滑轮7-1和两个定滑轮7-2；其中，动滑轮7-1和两个定滑轮7-2的直径为28-32mm；动滑轮7-1位于中心位置；两个定滑轮7-2对称固定在动滑轮7-1的两端；动作绳6分别环绕在两个定滑轮7-2外壁的底端和动滑轮7-1外壁的顶端。动滑轮7-1和两个定滑轮7-2的轴心连线形成的圆弧与对应偏心转动基体1的圆弧结构为同心圆。动滑轮
7-1在外部电机的驱动下转动，通过动作绳6带动两侧的定滑轮7-2转动，实现带动关节支座
4绕偏心转动基体1进行轴向转动，关节支座4沿偏心转动基体1为圆弧的旋转范围为0-
330°。

[0034] 如图3所示为偏心转动基体示意图，由图可知，偏心转动基体1包括两个相同的弧状运动副1-1和承载梁1-2；所述弧状运动副1-1为直径160-220mm对应的半圆弧；承载梁1-2固定安装在两个相同的弧状运动副1-1的内弧之间；承载梁1-2的长度为弧状运动副1-1的直径长度。承载梁1-2将弧状运动副1-1分为大小两部分，小部分的弧长为弧状运动副
1-1弧长的

[0035] 工作原理：

[0036] 一种开放式空间二维偏心转动关节的机构运动原理源于动作绳系的拉拽作用。通过关节支座4与偏心转动基体1之间配合实现转动功能；通过转动偏心转动基体1的两个正交转轴可以实现二维转动功能。

[0037] 初始位置时，其中一个关节支座4处于固定约束状态，另外一个关节支座4处于自由状态，当外部电机驱动滑轮组7转动时，拉动动作绳6，动作绳6带动关节支座4围绕旋转轴进行顺时针旋转，使一种开放式空间二维偏心转动关节的机构运动具有正交轴单轴顺时针旋转的功能；同理，当外部电机驱动滑轮组7转动时，拉动动作绳6，动作绳6带动关节支座4围绕旋转轴进行逆时针旋转，从而使与转动基体相连的关节支座4一同绕旋转轴进行逆时针旋转，使一种开放式空间二维偏心转动关节的机构运动具有正交轴单轴逆时针旋转的功能。

[0038] 同样，初始位置时，原自由状态关节支座4处于固定约束状态，原固定约束状态关节支座4处于自由状态，当外部电机驱动滑轮组7转动时，拉动动作绳6，动作绳6带动关节支座4绕旋转轴进行顺时针旋转，从而使与转动基体相连的关节支座4一同绕旋转轴进行顺时针旋转，使一种开放式空间二维偏心转动关节的机构运动具有正交轴单轴顺时针旋转的功能；同理，当外部电机驱动滑轮组7转动时，拉动动作绳6，动作绳6带动关节支座4围绕旋转轴进行逆时针旋转，从而使与转动基体相连的关节支座4一同绕旋转轴进行逆时针旋转，使一种开放式空间二维偏心转动关节的机构运动具有正交轴单轴逆时针旋转的功能。

[0039] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

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