[发明专利]一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构

说明书

本发明涉及一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构，可展组合单元包括中心底花盘(1)、周边底花盘(2)、顶花盘(3)、第一腹杆(5)、第二腹杆(6)和同步折叠杆(4)；各周边底花盘(2)通过同步折叠杆(4)与中心底花盘(1)连接、通过第一腹杆(5)与顶花盘(3)连接，相邻2个周边底花盘(2)之间通过同步折叠杆(4)连接，顶花盘(3)两两之间通过同步折叠杆(4)连接，顶花盘(3)与中心底花盘(1)之间通过第二腹杆(6)连接；本发明具有大折叠比、依靠机构自身运动即可得到理想的收拢构型、展开运动可靠性高等优点，且单元具有可拓展性。

技术领域

本发明涉及一种可展组合单元及由该可展组合单元衍生的大型空间曲面可展机构。

背景技术

随着航天事业的快速发展，航天工程中正在实施的通信卫星平台、星球探测计划和电子侦察等重大航天科技工程对航天器的要求日益提高，大口径、轻质量、高精度的空间可展开机构成为了航天领域的重要发展趋势。为了执行不同的航天任务，需要的空间机构尺寸越来越大，但由于受到航天器运载工具的空间限制，在发射阶段要求宇航空间机构必须完全同步起来并收拢于整流罩内，待航天器进入轨道定位后再由其自身的动力源释放，实现机构完全展开至工作状态。因此，各种类型的空间可展开机构得到了广泛应用和快速发展。

空间可展结构的研究已成为当今国际上的研究热点。美国、日本、德国、俄罗斯等国的研究机构先后提出了多种大口径星载天线反射器的可展机构形式。如，美国的TRWSunflower可展开天线，俄罗斯的EGS天线等。国内空间技术研究院、哈尔滨工业大学、天津大学等研究机构也投入到可展机构的研究中。由于空间机构的高度非线性和耦合性，在设计时很难保证组合机构在展开收拢时的自由度和运动状态，因此大都选用平面机构单元(如剪式单元或四边形单元等)组合成空间大型可展机构，而很少直接利用空间机构单元(如四面体单元、四棱锥单元、六面体单元、六棱柱单元等)进行组合。剪式单元是最常见的基本可展单元，有平面式和非平面式两种，已成功应用于可展开/同步的魔术花球、可同步变胞月球车。四边形单元由于其对角可伸缩的特点主要应用在环形桁架式天线中。

目前，对于可展机构的研究主要集中在运动学、动力学及几何构型上，而对可展机构基本单元本身的设计尤其是空间可展机构单元的设计研究较少。为了适应复杂空间科学任务不断增长的需求，设计一种新型的空间可展机构具有重要的研究价值。现有技术中大型曲面可展开空间天线机构在收拢末态不具有调姿运动，主要依靠杆件弹性变形和铰链间隙达到理想收拢状态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明公开了一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构，具有大折叠比、依靠机构自身运动即可得到理想的收拢构型、展开运动可靠性高等优点，且单元具有可拓展性；多个单元可通过组合形成曲面可展空间天线机构，解决了现有曲面可展天线机构必须依靠杆件弹性变形以及铰链间隙达到理想收拢末态且由此带来的展开运动可靠性不高的问题，为大型构架式可展天线提供了一种新型支撑机构，并且可以拓展至其他可展开结构领域。

本发明所采用的技术方案是：一种可展组合单元，包括底花盘、顶花盘、第一腹杆、第二腹杆和同步折叠杆；底花盘包括中心底花盘、周边底花盘；各周边底花盘分别通过同步折叠杆与中心底花盘连接，分别通过第一腹杆与顶花盘连接，相邻两个周边底花盘之间通过同步折叠杆相连，相邻的两个顶花盘之间通过同步折叠杆相连，顶花盘与中心底花盘之间通过第二腹杆连接；各同步折叠杆在中部能够折叠，与周边底花盘、中心底花盘、顶花盘为转动连接；各第一腹杆与周边底花盘、顶花盘为转动连接；各第二腹杆与中心底花盘、顶花盘为转动连接。

每根同步折叠杆包括两根等长的连杆，两根等长的连杆通过转动副连接，各同步折叠杆两端通过虎克铰与中心底花盘、周边底花盘或顶花盘连接。

所述第二腹杆两端均为虎克铰。

所述第一腹杆与周边底花盘连接的一端为虎克铰，与顶花盘连接的一端为转动副。

所述第一腹杆与第二腹杆等长。