[发明专利]一种自限位四连杆空间机构

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，涉及一种四连杆空间机构，用于完成有效载荷从舱内定向转移至舱外的动作。

背景技术

空间飞行器在轨运行过程中，一般会在有效载荷舱内装载一定数量的有效载荷执行空间任务，如太阳电池阵、探测雷达、摄像设备等。在飞行器舱门打开之前，有效载荷需要在舱内保持固定；在飞行器舱门打开后，需要将有效载荷从舱内转移至舱外，使有效载荷保持适当姿态，执行在轨任务。

目前有效载荷的转移多采用多关节电机驱动机械臂方案，有效载荷的固定需另外设置限位锁紧装置。在有效载荷需要转移时，限位锁紧装置首先打开，然后多个关节电机启动，实现有效载荷的舱外转移动作。由于需要多个关节电机联合工作，还需要额外设计限位锁紧装置，因此传动环节多，结构复杂，可靠性较低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自限位四连杆空间机构，主要解决有效载荷的舱内固定、转移和舱外固定问题，保证有效载荷能够承受飞行器发射、飞行、返回过程中的载荷不被损坏，同时能够在飞行器在轨飞行时完成正常工作。

本发明的技术解决方案是：一种自限位四连杆空间机构，包括上摇臂、下摇臂、前臂、基座、弹簧片和电机驱动单元，上摇臂上设有零位限位卡槽和工作限位卡槽，弹簧片固定安装在下摇臂的两侧，前臂的一端固定连接有效载荷，上摇臂和下摇臂在空间上上下布置，前臂的另一端与上摇臂的一端铰接形成第一铰接点，同时前臂的另一端还与下摇臂的一端铰接，形成第二铰接点；上摇臂的另一端与基座铰接形成第三铰接点，同时下摇臂的另一端也与基座铰接并形成第四铰接点，四个铰接点的连线构成一个封闭的四边形；基座固定安装在飞行器结构上，电机驱动单元驱动下摇臂绕第四铰接点转动；有效载荷在飞行器舱内固定时，前臂的轴线与上摇臂两端铰链轴线所在的公共平面垂直，上摇臂与下摇臂局部表面贴合，弹簧片卡紧在零位限位卡槽内限制上摇臂、下摇臂和前臂的运动；有效载荷从飞行器舱内向舱外转移时，电机驱动单元带动下摇臂绕第四铰接点转动180度，依据四连杆传动原理，上摇臂、下摇臂和前臂配合将有效载荷转移至飞行器舱外，前臂的轴线与上摇臂两端铰链轴线所在的公共平面平行，上摇臂与下摇臂局部表面贴合，同时弹簧片卡紧在工作限位卡槽内限制上摇臂、下摇臂和前臂的运动，有效载荷进行工作。

本发明的工作原理为：前臂3实质为一种异形连杆，固定安装有效载荷7。电机驱动单元6驱动下摇臂2转动，通过平面四连杆传动原理，前臂3带动有效载荷7从航天器的舱内转移至舱外。机构的舱内固定与舱外展开姿态为此四连杆机构的运动极限位置。此四连杆机构的上摇臂1、下摇臂2通过局部表面贴合，使机构无法超出极限位置运动。同时在极限位置时，通过弹簧片5将下摇臂2与上摇臂1卡紧在一起，使机构在电机驱动单元6不工作的情况下保持固定姿态。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用的自限位四连杆空间机构，只使用一个驱动电机，利用四连杆传动原理实现相当于现有技术中两个电机驱动关节的空间转移运动，在二维空间内完成类似于人手臂肘关节与肩关节同时转动的运动，与现有技术相比，电机使用量少，传动环节少；同时在电机不工作情况下，机构在极限位置能够利用上摇臂、下摇臂的表面局部贴合实现自限位，能够通过弹簧片卡紧在上摇臂上的限位卡槽实现极限位置锁紧。与现有技术相比，不需要另外设置限位锁紧装置，结构简单，可靠性更高。因此，本发明能够更为可靠地应用于空天飞行器有效载荷的在轨动作。

附图说明

图1为本发明自限位四连杆空间机构组成图；

图2为本发明自限位四连杆空间机构原理图；

图3为本发明自限位四连杆空间机构舱内固定状态示意图；

图4为本发明自限位四连杆空间机构转移过程示意图一；

图5为本发明自限位四连杆空间机构转移过程示意图二；

图6为本发明自限位四连杆空间机构舱外展开状态示意图；

图7为本发明自限位四连杆空间机构舱内固定状态自限位示意图；

图8为本发明自限位四连杆空间机构舱外展开状态自限位示意图。

具体实施方式