一种基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统及其操控方法与流程

本发明属于伸缩装置，具体涉及一种基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统及其操控方法。

背景技术：

1、在传统方案中，伸缩装置的伸缩臂一般采用加长臂的方式来扩展作业范围，虽然结构简单，但是会增大空间资源，具有一定的局限性。另外，许多伸缩装置的伸缩比较小，不足以满足所有的伸缩需求。目前，伸缩装置在太空领域的应用不多，并且存在着冷焊风险。此外，现有技术中剪叉铰接存在较大的连接间隙问题，这导致在伸缩过程中出现晃动、不平稳的情况。这意味着现有技术中的伸缩装置在太空环境下的可靠性和稳定性难以得到保证。

2、因此，本发明研发出一种基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统及其操控方法，可以解决伸缩装置在太空环境下的可靠性和稳定性问题，以确保其在太空条件下的正常运行。首先，该伸缩装置提高了作业范围和灵活性，可以满足多种伸缩需求；其次，具备更小的体积和更高的伸缩比，可以充分利用有限的空间资源；其次，解决了剪叉铰接连接间隙大的问题，确保伸缩过程中的稳定性和可靠性；最后，解决了太空中金属接触易发生冷焊现象的问题。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统及其操控方法，设计合理，弥补了现有技术中伸缩装置占用较大储存空间的缺陷，能够在占用极少的空间资源下得到较大的展开距离，结构稳定并且解决了真空环境冷焊的风险。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述空间卫星主动释放系统包括：

4、剪叉机构，所述剪叉机构包括多级剪叉结构以及分别平行设置在多级剪叉结构上方、下方的上板、底座，所述上板与多级剪叉结构的上端连接，所述底座与多级剪叉结构的下端连接；所述多级剪叉结构包括若干个剪叉臂、铰接螺丝以及轴瓦，所述剪叉臂之间由铰接螺丝进行铰接，并且铰接处设置有轴瓦，所述剪叉臂与铰接螺丝间隙配合，所述轴瓦与剪叉臂间隙配合，用于减少摩擦并且隔开剪叉臂的金属接触；

5、驱动模块，所述驱动模块包括步进电机、丝杠螺母，所述步进电机、丝杠螺母、多级剪叉结构依次连接；当所述步进电机启动，带动所述丝杠螺母转动，所述丝杠螺母将动力传递给多级剪叉结构；

6、检测模块，所述检测模块用于检测步进电机的运动状态，并且控制步进电机的启停，实现剪叉机构的展开与收回。

7、本发明所述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，结构设计合理，包括剪叉机构、驱动模块、检测模块。其中，剪叉机构由若干个剪叉臂组成多级剪叉结构，剪叉机构的级数越多，整个装置的行程越大，能够在有限空间内实现大距离的伸出与收缩，铰接螺丝与剪叉臂之间由轴瓦连接，轴瓦可以有效隔开剪叉臂的金属接触，避免真空环境中冷焊现象。驱动模块由步进电机提供动力给丝杠螺母，丝杠螺母传递平稳、推力大，精度高，能够将动力传递到剪叉机构，实现装置的伸缩。检测模块能够准确地得到步进电机的运动状态，有效地控制步进电机的启停，实现剪叉机构的展开与收回。

8、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，每个所述剪叉臂均包括前剪叉臂、后剪叉臂，2个所述前剪叉臂与1个所述后剪叉臂组成1个x型结构的剪叉臂。

9、剪叉臂由2个前剪叉臂和1个后剪叉臂组成，使其能够得到较大的伸出距离，并且在缩回状态时占用极少的空间资源。

10、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述后剪叉臂由2个平行连杆组成，所述平行连杆之间由2个筋进行连接。

11、后剪叉臂由2个平行连杆固连，结构刚性强，平行连杆之间由两个筋连接，减少铰接数量，提高了剪叉机构的稳定性。

12、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述剪叉机构还包括：

13、推动杆，所述丝杠螺母和多级剪叉结构之间设置有推动杆，所述丝杠螺母用于驱动推动杆进而将动力传输至所述多级剪叉结构。

14、推动杆与驱动模块的丝杠螺母连接，通过丝杠螺母传递动力到推动杆。

15、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述上板的前端与位于多级剪叉结构上端的前剪叉臂铰接，所述上板的后端与位于多级剪叉结构上端的后剪叉臂通过外螺纹轴承连接；所述底座的前端与位于多级剪叉结构下端的后剪叉臂铰接，所述底座的后端与位于多级剪叉结构下端的的前剪叉臂以及推动杆通过外螺纹轴承连接。

16、采用外螺纹轴承，能够减小运动摩擦。

17、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述轴瓦采用pi高温塑料。

18、轴瓦的材料采用高温塑料pi材料，可以有效隔离金属接触，规避真空环境中的冷焊风险。

19、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述驱动模块设置在底座上；所述驱动模块还包括联轴器、锁紧螺母、轴环，所述步进电机与丝杠螺母之间依次设置有联轴器、锁紧螺母、轴环，所述步进电机与丝杠螺母通过联轴器连接用于传递步进电机动力，所述锁紧螺母与轴环用于对丝杠螺母的丝杠进行限位。

20、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述驱动模块还包括电机座、角接触球轴承、轴承端盖、深沟球轴承；所述步进电机通过电机座固定设置在底座上，所述角接触球轴承以及轴承端盖设置在丝杠螺母外一侧并且安装在电机座上，所述深沟球轴承设置在丝杠螺母外另一侧并且安装在底座上，所述角接触球轴承与深沟球轴承用于支撑丝杠螺母。

21、深沟球轴承安装于底座，组成丝杠的支撑端，角接触球轴承以及轴承端盖安装于电机座，锁紧螺母以及轴环提供预紧力，组成丝杠的固定端。

22、进一步的，上述的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，所述检测模块设置在底座上；所述检测模块包括：

23、编码器，在所述丝杠螺母远离步进电机的一端安装有编码器，所述编码器的中心孔安装在丝杠螺母的丝杠上，用于检测丝杠的运动状态；

24、行程开关，在所述底座的前端、后端并且位于剪叉臂两侧的位置安装有行程开关，通过剪叉臂接触行程开关控制步进电机的启停，实现剪叉机构的伸缩。

25、优选的，所述丝杠螺母采用梯形丝杠螺母。利用梯形丝杠螺母传递动力，通过编码器监视丝杆，精确性高，并且具有自锁性。

26、本发明还涉及所述基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统的操控方法，包括如下内容：所述剪叉机构的初始状态为缩回状态；作业时，所述步进电机启动，通过联轴器带动丝杠螺母转动，所述丝杠螺母将动力传递给第一级的剪叉臂，所述多级剪叉结构依次将动力传递到上一级的剪叉臂，当所述剪叉臂接触到位于底座前端的行程开关时，所述步进电机停止，此时，所述剪叉机构完全展开，达到最远行程位置；待作业完成后，所述步进电机反向转动，与上述剪叉机构的伸展过程相同，当所述剪叉机构的剪叉臂接触到位于底座后端的行程开关时，所述步进电机停止，此时，所述剪叉机构回复到缩回状态。

27、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

28、（1）本发明公开的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，剪叉机构由若干个剪叉臂组成多级剪叉结构，每个剪叉臂由2个前剪叉臂和1个后剪叉臂组成，剪叉机构的级数越多，整个装置的行程越大，能够得到较大的伸出距离，且在缩回状态时占用极少的空间资源；后剪叉臂由2个平行连杆固连，结构刚性强，平行连杆之间由两个筋连接，减少铰接数量，提高了剪叉机构的稳定性；太空中金属接触易发生冷焊现象，通过设置轴瓦并且其材料采用高温塑料pi材料，可以有效隔离金属接触，规避真空环境中的冷焊风险；

29、（2）本发明公开的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统，驱动模块由步进电机提供动力，利用梯形丝杠螺母传递动力，传递更平稳、推力大更、精度更高，由编码器监视丝杆，精确性高，并且具有自锁性，检测模块能够准确地得到步进电机的运动状态，有效地控制步进电机的启停，实现剪叉机构的展开与收回；

30、（3）本发明公开的基于折叠剪叉结构的空间卫星主动释放系统的操控方法，针对上述空间卫星主动释放系统结构设计了对应的操控方法，解决了伸缩装置在太空环境下的可靠性和稳定性问题，确保其在太空条件下的正常运行。