專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空間應(yīng)用領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置。
背景技術(shù)：
隨著人類(lèi)航天活動(dòng)的日益增加，空間碎片給空間飛行器帶來(lái)的威脅日趨嚴(yán)重，因此，空間碎片清理成為了目前國(guó)內(nèi)外空間技術(shù)研究的熱點(diǎn)。針對(duì)空間碎片清理任務(wù)，各國(guó)的研究機(jī)構(gòu)提出了多種不同的解決方案，如美國(guó)Tethers Unlimited公司提出了使用充氣式伸展臂帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片捕獲的方案，并以此方案制作了 GRASP裝置。利用伸展臂帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)并對(duì)空間碎片進(jìn)行捕獲的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅可以使網(wǎng)體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)較大的包絡(luò)面，還可以利用伸展臂有限的剛度來(lái)保持網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)以后的形狀。 根據(jù)空間碎片清理任務(wù)的需求，帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)的伸展臂不僅應(yīng)具有質(zhì)量輕、伸縮比高、構(gòu)造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，還應(yīng)具有較大的柔性，以便網(wǎng)體結(jié)構(gòu)在完成對(duì)空間碎片的捕獲后能夠順利地將張開(kāi)的網(wǎng)口收攏起來(lái)。盡管充氣式伸展臂可以滿(mǎn)足上述需求，但同時(shí)也對(duì)伸展臂的氣密性以及氣體的儲(chǔ)存與供應(yīng)提出了較高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是根據(jù)空間碎片清理任務(wù)的需求，提供一種質(zhì)量輕、伸縮比高、構(gòu)造簡(jiǎn)單，并且當(dāng)伸展臂帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)并捕獲空間碎片后能夠順利收攏網(wǎng)口的薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置。本發(fā)明一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，包括支撐部分和展開(kāi)部分。支撐部分包括支撐板、機(jī)構(gòu)底座、伸展臂底座、頂蓋、整形塊、下防護(hù)板；伸展臂底座的下端通過(guò)螺釘固定于機(jī)構(gòu)底座的斜面上，上端通過(guò)螺釘固定于支撐板的斜面上；頂蓋通過(guò)螺釘固定于支撐板的上表面；整形塊通過(guò)螺釘固定于頂蓋的側(cè)面；下防護(hù)板通過(guò)螺釘固定于伸展臂底座上。所述機(jī)構(gòu)底座的中間有一個(gè)圓形凸臺(tái)，凸臺(tái)的中心有一個(gè)通孔；所述伸展臂底座的中間位置有一個(gè)圓形凸臺(tái)，下端有一個(gè)矩形槽，矩形槽的兩側(cè)有一對(duì)軸托。展開(kāi)部分包括整形罩、擋板、上防護(hù)板、擺桿、扭簧、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、壓板、限位銷(xiāo)、薄壁式伸展臂、布套、網(wǎng)體結(jié)構(gòu)；擺桿穿過(guò)伸展臂底座的矩形槽并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接在伸展臂底座上，使之能夠繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸自由旋轉(zhuǎn)；壓板將擺桿的一端壓在機(jī)構(gòu)底座的圓形凸臺(tái)上，壓板的下端穿過(guò)機(jī)構(gòu)底座的通孔，并設(shè)置有限位孔；限位銷(xiāo)穿過(guò)壓板下端的限位孔，從而限制擺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)；扭簧安裝于在擺桿和伸展臂底座的矩形槽之間，并套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，安裝時(shí)使扭簧處于預(yù)扭狀態(tài)；整形罩和上防護(hù)板通過(guò)螺釘固定在擺桿上，上防護(hù)板固定在整形罩和擺桿之間；擋板通過(guò)螺釘固定在整形罩上；薄壁式伸展臂的一端通過(guò)喉箍固定在伸展臂底座的圓形凸臺(tái)上，另一端卷曲起來(lái)放于整形塊和整形罩之間；布套套在薄壁式伸展臂上，并在兩個(gè)邊緣布置有繩套；網(wǎng)體結(jié)構(gòu)穿過(guò)繩套，從而與薄壁式伸展臂相連接。所述伸展臂底座、整形塊、下防護(hù)板、整形罩、擋板、上防護(hù)板、擺桿、扭簧、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、薄壁式伸展臂、布套、網(wǎng)體結(jié)構(gòu)均為4組，對(duì)稱(chēng)安裝在機(jī)構(gòu)底座和支撐板的四周。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)利用薄壁式伸展臂自身的彈性變形的恢復(fù)力帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)，不需要消耗空間飛行器上有限的能源；(2)薄壁式伸展臂具有較大的柔性，并且形狀能保持良好，便于收攏，而且其柔性可以通過(guò)薄壁式伸展臂的開(kāi)口角度來(lái)進(jìn)行調(diào)整，能夠保證網(wǎng)體結(jié)構(gòu)的順利展開(kāi)與收攏，(3) 一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置采用四面對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，四組薄壁式 伸展臂能夠同步釋放，并且釋放過(guò)程中比較穩(wěn)定。(4) 一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置通過(guò)調(diào)整薄壁式伸展臂的長(zhǎng)度可以滿(mǎn)足不同展開(kāi)任務(wù)的需求。


圖I為本發(fā)明基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置的主視結(jié)構(gòu)剖圖；圖2為本發(fā)明基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置主視圖；圖3為發(fā)明基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置展開(kāi)主視圖；圖4為發(fā)明基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置布套示意圖。圖中I 一支撐板、2—頂蓋、3—整形塊、4 一整形罩、5—伸展臂底座6—上防護(hù)板、7—擺桿、8—下防護(hù)板、9 一機(jī)構(gòu)底座、10—擋板11一薄壁式伸展臂(上有布套)、12—壓板、13—限位銷(xiāo)、14一扭簧15—轉(zhuǎn)動(dòng)軸、16—網(wǎng)體其中支撐部分包括1 一支撐板、2—頂蓋、5—伸展臂底座、9一機(jī)構(gòu)底座；展開(kāi)部分包括3—整形塊、4一整形罩、6—上防護(hù)板、7—擺桿、8—下防護(hù)板、10—擋板11一薄壁式伸展臂(上有布套)、12—壓板、13—限位銷(xiāo)、14 一扭簧、15—轉(zhuǎn)動(dòng)軸、16—網(wǎng)體
具體實(shí)施例方式伸展臂底座5的下端通過(guò)螺釘固定于機(jī)構(gòu)底座9的斜面上，上端通過(guò)螺釘固定于支撐板I的斜面上；頂蓋2通過(guò)螺釘固定于支撐板I的上表面；整形塊3通過(guò)螺釘固定于頂蓋2的側(cè)面；下防護(hù)板8通過(guò)螺釘固定于伸展臂底座5上。擺桿7穿過(guò)伸展臂底座5的矩形槽并通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接在伸展臂底座5上，使之能夠繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸自由旋轉(zhuǎn)；壓板將擺桿7的一端壓在機(jī)構(gòu)底座9的圓形凸臺(tái)上，壓板12的下端穿過(guò)機(jī)構(gòu)底座9的通孔，并設(shè)置有限位孔；限位銷(xiāo)13穿過(guò)壓板12下端的限位孔，從而限制擺桿7的轉(zhuǎn)動(dòng)；扭簧14安裝于在擺桿7和伸展臂底座5的矩形槽之間，并套在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，安裝時(shí)使扭簧14處于預(yù)扭狀態(tài)；整形罩4和上防護(hù)板6通過(guò)螺釘固定在擺桿7上，上防護(hù)板6固定在整形罩4和擺桿7之間；擋板10通過(guò)螺釘固定在整形罩4上；薄壁式伸展臂11的一端通過(guò)喉箍固定在伸展臂底座5的圓形凸臺(tái)上，另一端卷曲起來(lái)放于整形塊3和整形罩4之間；布套套在薄壁式伸展臂11上，并在兩個(gè)邊緣布置有繩套；網(wǎng)體16結(jié)構(gòu)穿過(guò)繩套，從而與薄壁式伸展臂11相連接。當(dāng)限位銷(xiāo)13拔出時(shí)，擺桿7在扭簧14預(yù)扭力下開(kāi)始繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，薄壁式伸展臂11會(huì)脫離整形塊3和整形罩4，帶著網(wǎng)體16展開(kāi)，如圖3所示。本發(fā)明是一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置。開(kāi)始時(shí)，由于扭簧有一定的預(yù)扭力，整個(gè)伸展部分是靠壓板和限位銷(xiāo)的作用下處于平衡狀態(tài)；壓板將擺桿壓在機(jī)構(gòu)底座的凸臺(tái)面上；薄壁式伸展臂在整形塊和整形罩的作用下處于卷曲狀態(tài)；當(dāng)把限位銷(xiāo)抽出 時(shí)，扭簧會(huì)有一種恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的扭矩，從而使擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，整形罩自動(dòng)張開(kāi)，薄壁式伸展臂會(huì)自動(dòng)彈出，從而完成伸展任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于該機(jī)構(gòu)包括支撐部分和伸展部分。
支撐部分包括支撐板、機(jī)構(gòu)底座、伸展臂底座、頂蓋；伸展臂底座的下端分別通過(guò)螺釘均勻地固定在機(jī)構(gòu)底座的倒角斜面上，上端用螺釘固定在支撐板的倒角斜面上；頂蓋通過(guò)螺釘固定在支撐板上。
所述機(jī)構(gòu)底座的中間有個(gè)凸臺(tái)，凸臺(tái)的中心有個(gè)孔；伸展臂底座的上中間位置有個(gè)凸臺(tái)，下端有個(gè)矩形開(kāi)槽。
伸展部分包括擺桿、扭簧、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、壓板、限位銷(xiāo)、上下防護(hù)板、整形塊、整形罩、擋板、薄壁式伸展臂和布套、網(wǎng)體； 擺桿通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接在伸展臂底座上，并使之繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸自由旋轉(zhuǎn)，在擺桿和伸展臂底座之間加上扭簧，并使扭簧處于預(yù)扭狀態(tài)；擺桿的一端通過(guò)壓板壓在機(jī)構(gòu)底座的凸臺(tái)上；托盤(pán)通過(guò)螺釘固定在擺桿上；整形罩通過(guò)螺釘固定在托盤(pán)上；擋板通過(guò)螺釘固定在整形罩上；整形塊通過(guò)螺釘固定在頂蓋上；布套套在薄壁式伸展臂上，并在兩個(gè)邊緣布置有繩套；網(wǎng)體結(jié)構(gòu)穿過(guò)繩套，從而與薄壁式伸展臂相連接。將卷好后的薄壁式伸展臂未卷的一端用過(guò)卡箍固定在伸展臂底座上的凸臺(tái)上，卷好的部分放在上整形罩之間，并通過(guò)繩子將上整形罩P齒合。
2.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述裝置采用的伸展臂底座、整形塊、下防護(hù)板、整形罩、擋板、上防護(hù)板、擺桿、扭簧、轉(zhuǎn)動(dòng)軸、薄壁式伸展臂、布套、網(wǎng)體結(jié)構(gòu)均為4組，對(duì)稱(chēng)安裝在機(jī)構(gòu)底座和支撐板的四周。
3.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述裝置采用四個(gè)薄壁式伸展臂，有效增大裝置的包絡(luò)面面積，同時(shí)裝置設(shè)計(jì)也不太復(fù)雜。
4.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述薄壁式伸展臂的材料采用的是熱處理的鈹青銅。
5.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述薄壁式伸展臂采用正向卷繞的儲(chǔ)藏方式儲(chǔ)藏。
6.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述四組薄壁式伸展臂采用同步釋放的釋放方式。
7.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于所述上防護(hù)板和下防護(hù)板之間有一定的間隙，保證沒(méi)有干涉。
8.如權(quán)利要求I所述一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，其特征在于薄壁式伸展臂上套有航空用薄布套，布套套在薄壁式伸展臂上松緊度有一定要求。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于薄壁式伸展臂的繩網(wǎng)展開(kāi)裝置，是用于對(duì)空間碎片進(jìn)行在軌清理的裝置，裝置不需要外力的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)薄壁式伸展臂自身儲(chǔ)存的應(yīng)變能來(lái)帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)的展開(kāi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空間碎片的捕獲。通過(guò)采用薄壁結(jié)構(gòu)使得伸展臂具有較大的柔性和較輕的質(zhì)量，通過(guò)伸展臂的卷曲來(lái)儲(chǔ)存應(yīng)變能并且使得機(jī)構(gòu)具有較高的伸縮比。伸展臂帶動(dòng)網(wǎng)體結(jié)構(gòu)展開(kāi)的設(shè)計(jì)使網(wǎng)體結(jié)構(gòu)的展開(kāi)過(guò)程具有更好的可控性。同時(shí)通過(guò)壓板和限位銷(xiāo)的設(shè)計(jì)保證了展開(kāi)的同步性。
文檔編號(hào)B64G1/66GK102756811SQ20121022836
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者張展智, 李德勇, 趙國(guó)偉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)