專利名稱：用于可展開立體結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)式轉(zhuǎn)矩動作系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于展開諸如天線或太陽能發(fā)電機的立體構(gòu)件的機構(gòu)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
這些機構(gòu)包括大體上利用扭簧、盤簧或Carpentier-joint (卡氏接頭)機械部件的鉸接線材，使得可以抵消阻抗轉(zhuǎn)矩并且確保產(chǎn)生使得構(gòu)件完全展開所需的轉(zhuǎn)矩所要求的
余里ο在本文中，已知的動作部件提供可調(diào)的或可變的動作轉(zhuǎn)矩，其造成了過機動并且影響了完全展開。這些影響可以是顯著的并且對完全展開的立體/三維空間(spatial)構(gòu)件造成損害，并且造成對空間飛行器的航行有害的寄生轉(zhuǎn)矩。為了避免這種問題，可展開的結(jié)構(gòu)被尺寸化并被加強以使得其能夠抵抗在結(jié)構(gòu)展開過程中產(chǎn)生的行程終端沖擊(end-of-travel impact)，但是這種技術(shù)方案并不是令人滿意的，并且顯著地增加了結(jié)構(gòu)的總重量。特殊的發(fā)展已經(jīng)導(dǎo)致了開發(fā)具有接近零阻抗轉(zhuǎn)矩的展開機構(gòu)。這種機構(gòu)、例如專利公開文獻FM635077中公開的鉸接線材具有需要受限的動作功率以及最小化行程終端沖擊的優(yōu)點。通過在質(zhì)量與體積方面對前述機構(gòu)進行顯著改進已經(jīng)開發(fā)出其它機構(gòu)。這種展開機構(gòu)在專利公開文獻FR0605653中公開。然而，這些用于展開立體構(gòu)件的鉸接機構(gòu)具有現(xiàn)有技術(shù)中無法解決的不同的缺陷。首先，這些諸如專利公開文獻FR2635077和FR0605653中所公開的現(xiàn)有的機構(gòu)具有180°的最大展開角度。此外，所述機構(gòu)的總動力(overall kinetics)由于所述機構(gòu)的結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生非常不規(guī)則的動作轉(zhuǎn)矩。最后，正如所述，現(xiàn)有的展開機構(gòu)的展開速度造成了行程終端能量釋放并且因此造成沖擊，這是因為所述展開速度沒有被控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的顯然在于消除前述缺點。因而，為了利用尺寸不過大且僅僅造成非常最小化的展開終端沖擊的動作機構(gòu)而展開超過180°，本發(fā)明提出了基于使用兩個螺線形可撓曲齒條的動作系統(tǒng)(motorisation system)，其中所述兩個可撓曲齒條能夠相對旋轉(zhuǎn)并且設(shè)置成產(chǎn)生施加在兩個可撓曲齒條之間的接觸點上的轉(zhuǎn)矩。更具體地，本發(fā)明涉及一種動作裝置(motorisation device)，其包括兩個大致平行的卷繞圓柱體；至少一個縱向聯(lián)接元件，其中所述聯(lián)接元件能夠維持所述卷繞圓柱體之間的預(yù)定的距離并且繞所述卷繞圓柱體纏繞，所述聯(lián)接元件因此具有位于所述卷繞圓柱體之間的交叉點，所述動作裝置還包括至少兩個可撓曲齒條，其中在每個卷繞圓柱體上固定一個可撓曲齒條，所述可撓曲齒條布置成彼此相向并具有接觸點，在所述聯(lián)接元件的作用下，預(yù)應(yīng)力被施加至所述可撓曲齒條的接觸點；根據(jù)發(fā)明的動作裝置其特征在于，所述可撓曲齒條是螺線形的，所述螺線形設(shè)置成所述兩個螺線形可撓曲齒條之間的接觸點相對于所CN 102530271 A
述聯(lián)接元件的所述交叉點偏置，所述接觸點和所述交叉點并非在與所述卷繞圓柱體的旋轉(zhuǎn)軸平行的單個軸線上對正，從而取決于所述接觸點與所述交叉點之間的距離的轉(zhuǎn)矩被施加至所述接觸點，所述轉(zhuǎn)矩能夠使得所述可撓曲齒條往復(fù)旋轉(zhuǎn)。 有利地，所述螺線形設(shè)置成所述可撓曲齒條的接觸點與所述聯(lián)接元件的交叉點之間的距離等于一預(yù)定的值，并且所述可撓曲齒條的彈性與剛度被構(gòu)造成控制在所述可撓曲齒條之間的接觸點上施加的所述轉(zhuǎn)矩。
在一具體實施例中，所述轉(zhuǎn)矩是恒定的。在另一實施例中，所述轉(zhuǎn)矩是變化的。有利地，所述聯(lián)接元件能夠由兩個柔性卷繞帶形成。有利地，所述聯(lián)接元件可選地能夠由一組纜線形成。有利地，根據(jù)本發(fā)明的動作裝置包括行程終端止擋件。有利地，根據(jù)本發(fā)明的動作裝置包括單向止擋件。有利地，所述可撓曲齒條具有變化的橫截面。


在相對于附圖以下提供的說明書中記載了本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點，其中圖Ia示出了現(xiàn)有的Carpentier-joint展開機構(gòu)，其處于收閉位置；圖Ib示出了現(xiàn)有的Carpentier-joint展開機構(gòu)，其處于展開位置；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的處于收閉與展開位置的動作系統(tǒng)的視圖；圖3a和北示出了根據(jù)本發(fā)明的動作系統(tǒng)的可撓曲齒條的螺線形狀的實例；圖3c和3d是兩個視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的動作系統(tǒng)的可撓曲齒條，其承受不同的預(yù)應(yīng)力；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的裝配有行程末端止擋件的動作系統(tǒng)；圖5示出了具有剖面可變的彎卷齒條的根據(jù)本發(fā)明的裝置的實施例。
具體實施例方式圖1是已知的Carpentier-joint動作系統(tǒng)的實例的視圖，其與專利申請 FR0605653的啟示相對應(yīng)地設(shè)置到一展開機構(gòu)中。卷繞圓柱體la、lb大致是平行的并且通過卷繞帶3或通過諸如線纜的任何其它合適的元件被保持就位置，其中所述卷繞帶或所述諸如線纜的任何其它合適的元件繞所述卷繞圓柱體la、lb以8字形的方式卷繞。部分圓形的可撓曲齒條2a、2b分別與每個相應(yīng)的卷繞圓柱體la、Ib相連并且布置成包圍每個相應(yīng)的卷繞圓柱體la、lb?？蓳锨X條h、2b布置成彼此相向并彼此接觸。卷繞帶3使得預(yù)應(yīng)力施加至可撓曲齒條2a、2b之間的接觸點。由于卷繞圓柱體la、lb和卷繞齒條h、2b的圓形幾何形狀，所以所述可撓曲齒條之間的接觸點與所述卷繞帶3的交叉點在這兩個卷繞圓柱體la、lb的旋轉(zhuǎn)軸之間的等距縱向軸線上對正。諸如太陽能電池GS的構(gòu)件安設(shè)這絲每個卷繞圓柱體/可撓曲齒條單元la-2a/lb-2b。正如已知，卡氏接頭10是一種具有彎曲橫截面的薄金屬片，其被用作為動作彈簧 (motorisation spring)。此外，卡氏接頭10提供了在打開時維持一定程度的剛度的優(yōu)點。 在圖Ia中，卡氏接頭10關(guān)閉并且裝置處于收閉位置。在圖Ib中，卡氏接頭10打開并且裝置處于展開位置。如上所述并如圖Ib所示，這種類型的卡氏接頭動作的主要不足之處在于，由于所述卡氏接頭10在鉸鏈上布置，所以存在展開角度限制。圖2示出了本發(fā)明的原理。鉸鏈的結(jié)構(gòu)與如圖Ia至Ib所示的類似。可撓曲(彈性)齒條(tracks) 20a、20b分別與每個相應(yīng)的卷繞圓柱體la、Ib相連。根據(jù)本發(fā)明的用于展開機構(gòu)的動作系統(tǒng)的新穎思路是基于由螺線形可撓曲齒條組成的可撓曲齒條20a、20b。 針對于圖la、lb所示的可撓曲齒條la、lb而言，本發(fā)明的可撓曲齒條20a、20b具有這種專門的螺線形狀，這使得可撓曲齒條20a、20b之間的接觸點P相對于卷繞帶3的交叉點C偏置。接觸點P和交叉點C并不位于與卷繞圓柱體la、lb的旋轉(zhuǎn)軸平行的同一軸線上。接觸點P相對于交叉點C的這種偏置距離D使得由卷繞帶3引起的施加至接觸點P的預(yù)應(yīng)力偏置。因此，在接觸點P與交叉點C之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩R，其使得可撓曲齒條20a、20b旋轉(zhuǎn)?？蓳锨X條20a、20b由于其螺線形狀而導(dǎo)致的往復(fù)旋轉(zhuǎn)使得卷繞圓柱體之間的中心至中心距離發(fā)生變化，該中心至中心距離從關(guān)閉位置C的距離E改變至打開位置0的距離E'。轉(zhuǎn)矩R能夠根據(jù)與可撓曲齒條20a、20b的螺線形狀以及尤其彈性和硬度的物理特性有關(guān)的選擇而構(gòu)造。為了增加在可撓曲齒條上施加的轉(zhuǎn)矩R，可以如圖3a所示通過產(chǎn)生具有大打開角度的螺線形狀而增加接觸點P相對于交叉點C的偏置量；或者可以如圖北所示通過產(chǎn)生更硬的可撓曲齒條而增加在接觸點P上施加的力。為了增加在接觸點C處施加的力，還可以加大可撓曲齒條20a、20b的收閉。圖3c、3d示出了承受預(yù)應(yīng)力F的可撓曲齒條20a以及與可撓曲齒條20a對應(yīng)的但未承受任何預(yù)應(yīng)力的可撓曲齒條20a'?？蓳锨X條20a的收閉在圖3c中的情況大于在圖3d中的情況，從而施加至接觸點C的力在圖3c的結(jié)構(gòu)中更大。為了在展開的過程中產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩R，阿基米德螺線是優(yōu)選的。本發(fā)明還提供了為了補償由鉸鏈外的元件所造成的特定可變摩擦轉(zhuǎn)矩而調(diào)整機械轉(zhuǎn)矩R的可能性。這些元件通常是在兩個太陽能發(fā)電面板GS之間輸電的電纜束。這使得在整個展開過程中實現(xiàn)接近恒定的動作余量。動作規(guī)格然后嚴格根據(jù)所需而被調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該系統(tǒng)包括如圖4所示的行程終端止擋件B，其使得系統(tǒng)的打開處于合適的位置。明顯地，所述打開的角度可以大于180°。根據(jù)如圖5所示的具體實施例，為了補償動作系統(tǒng)打開的過程中出現(xiàn)的偏差量D 的變化，設(shè)置一專門的系統(tǒng)。這種補償系統(tǒng)將限制可撓曲齒條20a、20b的收閉。實際上，卷繞帶3沿其軸線是非常剛性的。可調(diào)節(jié)的(scalable)卷繞齒條Ia和Ib的采用使得在鉸鏈打開的過程中可撓曲齒條20a和20b更加靠近在一起。這些卷繞齒條Ia和Ib的剖面根據(jù)螺線形可撓曲齒條20a和20b的剖面而被確定，從而確保所述可撓曲齒條20a、20b的收閉以及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。卷繞帶3因而在收閉位置被卷繞到具有小直徑(如圖5所示半徑r) 的卷繞齒條Ia和Ib上，并且然后在展開位置被卷繞到具有大直徑(如圖5所示半徑R)的卷繞齒條Ia和Ib上。這種布局使得可以減小兩個卷繞齒條Ia和Ib與可撓曲齒條20a和 20b之間的中心至中心距離(從E改變至E ‘)。圖5因而示出了使得實現(xiàn)恒定轉(zhuǎn)矩的卷繞齒條Ia和Ib的實例。總之，本發(fā)明的基本優(yōu)點在于提出一種針對立體構(gòu)件的展開機構(gòu)的自動化動作系統(tǒng)技術(shù)方案。根據(jù)本發(fā)明的動作系統(tǒng)提供了超過180°的角度能力。因此，本發(fā)明使得可以控制用于打開展開機構(gòu)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩還可以針對與動作對抗的阻抗轉(zhuǎn)矩的函數(shù)嚴格要求的動作而被調(diào)整。一種試樣應(yīng)用可以是恒定的機械轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還具有機械簡化的優(yōu)點，這是因為該系統(tǒng)具有較少的部件，確保了特定的組裝簡化。最后，可撓曲齒條以螺線形狀設(shè)置導(dǎo)致了小接觸表面以及因而導(dǎo)致了最小化摩擦，這意味著動作系統(tǒng)不必尺寸過大并且行程終端沖擊的危險降低。
權(quán)利要求
1.一種動作裝置，其包括兩個大致平行的卷繞圓柱體(la、lb)；至少一個縱向聯(lián)接元件(3)，其中所述聯(lián)接元件(3)能夠維持所述卷繞圓柱體(la、lb)之間的預(yù)定的距離并且繞所述卷繞圓柱體(la、lb)纏繞，所述聯(lián)接元件(3)因此具有位于所述卷繞圓柱體(la、 lb)之間的交叉點(C)；以及至少兩個可撓曲齒條O0a、20b)，其中在每個卷繞圓柱體(20a、 20b)上固定一個可撓曲齒條O0a、20b)，所述可撓曲齒條(20a、20b)布置成彼此相向并具有接觸點(P)，在所述聯(lián)接元件(3)的作用下，預(yù)應(yīng)力被施加至所述可撓曲齒條(20a、20b) 的接觸點(P)，其特征在于，所述可撓曲齒條(20a、20b)是螺線形的，所述螺線形設(shè)置成所述兩個螺線形可撓曲齒條O0a、20b)之間的接觸點⑵相對于所述聯(lián)接元件(3)的交叉點 (C)偏置，所述接觸點(P)和所述交叉點(C)并非在與所述卷繞圓柱體(la、lb)的旋轉(zhuǎn)軸平行的單個軸線上對正，從而取決于所述接觸點(P)與所述交叉點(C)之間的距離(D)的轉(zhuǎn)矩(R)被施加至所述接觸點(P)，所述轉(zhuǎn)矩(R)能夠使得所述可撓曲齒條(20a、20b)往復(fù)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述螺線形設(shè)置成所述可撓曲齒條(20a、 20b)的接觸點⑵與所述聯(lián)接元件(3)的交叉點(C)之間的距離⑶等于一預(yù)定的值，并且所述可撓曲齒條(20a、20b)的彈性與剛度以控制在所述可撓曲齒條(20a、20b)之間的接觸點(P)上施加的所述轉(zhuǎn)矩(R)的方式被構(gòu)造。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩(R)是恒定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩(R)是變化的。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的裝置，其特征在于，所述聯(lián)接元件C3)包括兩個柔性卷繞帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的裝置，其特征在于，所述聯(lián)接元件C3)包括一組纜線。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括行程終端止擋件⑶。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括單向止擋件。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一所述的裝置，其特征在于，所述可撓曲齒條(20a、20b)具有變化的橫截面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動作裝置，特別是用于可展開立體結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)式轉(zhuǎn)矩動作系統(tǒng)，其包括兩個大致平行的卷繞圓柱體；至少一個縱向聯(lián)接元件，其能夠維持卷繞圓柱體之間的預(yù)定的距離并且繞卷繞圓柱體纏繞，聯(lián)接元件因此具有位于卷繞圓柱體之間的交叉點；以及至少兩個可撓曲齒條，其中在每個卷繞圓柱體上固定一個可撓曲齒條，可撓曲齒條布置成彼此相向并具有接觸點，在聯(lián)接元件的作用下預(yù)應(yīng)力施加至可撓曲齒條的接觸點。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)特征在于可撓曲齒條是螺線形的，螺線形設(shè)置成兩個螺線形可撓曲齒條之間的接觸點相對于聯(lián)接元件的交叉點偏置，接觸點和交叉點并非在與卷繞圓柱體的旋轉(zhuǎn)軸平行的單個軸線上對正，從而取決于接觸點與交叉點之間的距離的轉(zhuǎn)矩施加至接觸點，轉(zhuǎn)矩能夠使得可撓曲齒條往復(fù)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B64G1/44GK102530271SQ20111042995
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者S·韋扎因, Y·博達斯 申請人:塔萊斯公司