[发明专利]一种等截面空间机械臂臂杆伸缩机构

说明书

技术领域

本发明属于空间机械臂技术领域，具体涉及一种等截面空间机械臂臂杆伸缩结构。

背景技术

当前空间机械臂均为臂杆长度固定的机械臂，如加拿大臂SSRMS。对于可伸缩的空间展开机构有薄壁管状伸展机构，铰接杆伸展机构及伸缩套筒式展开机构，目前适用于臂杆伸缩为套筒式伸缩机构，加拿大MDA公司正在研制具有臂杆可伸缩的空间机械臂，臂杆伸缩机构为套筒式展开机构。套筒式伸缩机构随着展开级数的增多，刚度会下降，且收纳率较高。

加拿大PACO公司研制了螺旋板带式的顶升机构(spiralift)，主要应用于地面重物的升降，文献《“大螺旋”在剧院领域的应用》(期刊：演艺设备与科技)对该机构进行了简单说明，该机构需要具有固定轨道克服升降过程中的扭转力。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种等截面空间机械臂臂杆伸缩结构，用于空间机械臂臂杆的伸缩，使空间机械臂具有变构型的能力。

一种臂杆伸缩机构，包括壳体、定子(20)、转子(13)、传动机构、竖直板带(5)、顶盖(6)以及水平板带(8)；

所述壳体由从下至上连接的底座(1)、水平板带存储筒(2)、竖直板带存储筒(3)以及导向筒(4)组成；其中，导向筒(4)的上部为直筒，下部为锥形筒；

定子(20)置于壳体内，并固定在所述底座(1)上，转子(13)套装在定子(20)的外侧；

水平板带(8)呈等厚螺旋带状，沿着水平板带(8)外缘螺旋线均匀分布齿状结构；自由放置时水平板带(8)的每一圈从上至下叠放在一起；叠放好的水平板带(8)置于水平板带存储筒(2)中，并套装在定子(20)外侧；

所述竖直板带(5)呈扁平带状结构，上、下边缘附近沿长度方向均匀分布矩形孔，该矩形孔与水平板带(8)的齿状结构配合；所述竖直板带(5)卷成环状后置于竖直板带存储筒(3)内；

所述导向筒(4)的内径与叠放好的水平板带(8)的外径一致，导向筒(4)的内壁上有导向槽，其截面形状与水平板带(8)的齿形互相对应；导向槽的倾斜角度α等于水平板带(8)拉伸到螺旋状态下相邻螺距间的齿状结构的错位角度；

传动机构用于驱动转子(13)绕定子(20)转动；转子(13)上螺距为P的螺线上方和下方布置多个滚轮14，水平板带(8)按照螺距P螺旋缠绕在转子(13)上，并穿过螺线上方和下方的滚轮14之间的缝隙；螺距P即为水平板带(8)拉伸到螺旋状态下的相邻螺距值；

所述顶盖(6)为带盖的圆筒，其外径与要形成的臂杆的外径一致，竖直板带(5)内侧的端头与顶盖(6)连接在一起，竖直板带(5)在顶盖(6)的外圆周面上缠绕至少两圈，相邻两层竖直板带(5)形成搭接，搭接位置的矩形孔互相对齐，竖直板带(5)上端形成筒状；水平板带(8)端头附近的一段事先与竖直板带(5)上部的一段组装在一起，即将水平板带(8)的齿啮合在竖直板带(5)搭接部分的两层矩形孔内，并缠绕至少一圈，使得竖直板带(5)与水平板带(8)组装成臂杆的上端。

较佳的，所述竖直板带(5)的横截面中部具有一个折弯，折弯的两端板带仍保持平行，但位于不同平面上，折弯角度的范围为170°至179°。

进一步的，还包括板带存储槽(12)，竖直板带存储筒(3)内侧与转子(13)外侧设置板带存储槽(12)；竖直板带(5)置于该板带存储槽(12)中，板带存储槽(12)约束竖直板带(5)向外扩散。

进一步的，还包括啮合机构(17)，包括滚轮(17-1)、转轴(17-2)以及支架(17-3)；支架(17-3)与转子(13)连接在一起；支架(17-3)上固定转轴(17-2)，滚轮(17-1)套装在转轴(17-2)上，转轴(17-2)压紧在水平板带(8)与竖直板带(5)啮合处。

进一步的，还包括与啮合机构(17)结构相同的剥离机构(18)，设置在水平板带(8)与竖直板带(5)的分离位置。

进一步的，还包括固定环19；底座(1)上连接固定环(19)，固定环(19)内环成齿槽形状，与水平板带(8)外圈的齿相配合，约束水平板带(8)的沿圆周方向的自由度。

进一步的，还包括3个固定圆柱(7)，其外圆与水平板带(8)内圆相切。