[发明专利]一种开放式空间二维偏心转动关节

说明书

技术领域

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

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。

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。

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：

(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。

(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。

(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。

(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

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。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

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。

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。

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。

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。

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。