空間可展開支撐臂簡介

1、索桿鉸接式伸展臂收攏時(shí),伸展臂相鄰兩剛性平面之間分別按照轉(zhuǎn)角+和-的規(guī)律交替折疊收攏,如圖2右圖所示。根據(jù)索桿鉸接式伸展臂工作原理以及從美國ADAM伸展臂的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心對索桿式伸展臂驅(qū)動(dòng)原理分析來看,采用驅(qū)動(dòng)剛性平面平動(dòng)使伸展臂展開和收攏是比較理想的。采用螺旋提升的原理驅(qū)動(dòng)伸展臂剛性平面的平動(dòng),如圖3所示,以一個(gè)剛性平面的角點(diǎn)滾輪為例,角點(diǎn)滾輪一部分嵌在螺旋凹槽中,另一部分約束在直線導(dǎo)軌槽中,角點(diǎn)滾輪在螺旋槽和提升直線導(dǎo)軌的共同擠壓下沿直線導(dǎo)軌平動(dòng),下剛性平面在上剛性平面帶動(dòng)下分別沿對應(yīng)的消旋軌道進(jìn)行旋轉(zhuǎn),最終實(shí)現(xiàn)伸展臂展開與收攏。通過上述原理研制了索桿鉸接式伸展臂及其套

2、筒式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),如圖4所示。該機(jī)構(gòu)通過電機(jī)帶動(dòng)四線程內(nèi)螺旋槽套筒轉(zhuǎn)動(dòng)提升或壓縮剛性平面實(shí)現(xiàn)伸展臂的展開與收攏。該伸展臂共有10跨桁架單元,完全展開長度約為3.8米。伸展臂完全展開后通過根部鎖緊機(jī)構(gòu)將伸展臂與套筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)鎖緊為一剛體,增加了伸展臂的剛度并消除了伸展臂與套筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)間隙;伸展臂完全收攏后通過壓桿裝置將伸展臂完全壓緊在套筒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)。圖3伸展臂驅(qū)動(dòng)原理圖4索桿鉸接式伸展臂及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)空間索桿鉸接式伸展臂具有重復(fù)展開精度高、穩(wěn)定性好、剛度和強(qiáng)度高等特點(diǎn),主要作為大型合成孔徑雷達(dá)、太空望遠(yuǎn)鏡、大型展開天線等高精度探測設(shè)備的分離、定位和支撐結(jié)構(gòu)1。由美國AEC-Able工程公司研制的空間

3、索桿鉸接式伸展臂ADAM(AbleDeployable Articulated Mast)在2000年成功應(yīng)用于SRTM項(xiàng)目中,該伸展臂從航天飛機(jī)展開,支撐用于干涉測量的合成孔徑雷達(dá)從太空對地球表面進(jìn)行數(shù)字測量2,3,如圖1所示。ADAM伸展臂由87個(gè)桁架單元構(gòu)成,完全展開長度60米,是目前太空探測中應(yīng)用最長的空間可展開結(jié)構(gòu),其收攏率約為4.9%。SRTM項(xiàng)目中的ADAM伸展臂空間索桿鉸接式伸展臂是一個(gè)桁架式結(jié)構(gòu),由縱桿、橫桿、球鉸、拉索、角塊、鎖定裝置組成,如圖2所示。四根橫桿通過角塊剛性連接構(gòu)成剛性平面,四根縱桿兩端分別與上、下兩個(gè)剛性平面上的角塊通過球鉸鉸接構(gòu)成一個(gè)伸展臂桁架單元,上、下剛性平面可以相對伸展臂軸線轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)展開和收攏。伸展臂桁架單元每個(gè)側(cè)面角塊與鎖定裝置之間連接兩根定長拉索和一根連續(xù)拉索,連續(xù)拉索可以在鎖定裝置中滑動(dòng),當(dāng)伸展臂單元完全展開后,連接鎖定裝置與角塊的四段拉索張緊并且等長,通過鎖定裝置將連續(xù)拉索鎖定限制其滑動(dòng)使伸展臂單元形成一個(gè)靜定剛化單元。不同數(shù)量桁架單元鉸接在一起便構(gòu)成不同長度的空間索桿鉸接式伸展臂。由于索桿鉸接式伸展臂采用剛性的