[发明专利]一种卷尺拉链型伸缩机械臂及其设计方法

说明书

一种本发明卷尺拉链型伸缩机械臂，包括伸缩臂部分和对伸缩臂进行释放和回收的收放机构部分；伸缩臂由柔性金属制成的截面为等边三角形的非实心伸缩臂，称为钢带；三面钢带之中的每两面都通过拉链的啮合结构链接；在收放机构的结构中，每个滚筒和每个压紧滚子的中心轴的两端，分别插入一个滚筒安装板中；在底部支撑板的中心，装有一根带有螺纹的驱动轴；驱动轴齿轮与驱动轴同心固连；电机齿轮与驱动轴齿轮直接啮合；机构的电机安装于底部支撑板的上面，位于驱动轴旁边，通过螺丝固定在底部安装板上；通过电机的正转与反转同步驱动三面钢带的伸展与回收；电缆隔离层以及电缆回收卷簧用于收放从伸缩臂内部通过的伸缩臂末端作业设备的线缆。

技术领域

本发明涉及一种卷尺拉链型伸缩机械臂及其设计方法，属于机械设计与控制领域。

背景技术

伸缩臂是通过伸缩达到扩大作业半径、减少存储体积的操作设备。在航天领域中，伸缩臂的应用至关重要。通过伸缩臂可以实现对航天器远端(比如太阳能帆板)进行检测和维修，辅助航天员出舱工作，引导航天器的交会对接等。因此，伸缩臂是执行空间任务的一种重要工具。

目前已有的传统伸缩臂在伸缩臂和长质比方面都很有局限，会消耗过多火箭的存储空间和运载质量，不适合应用于航天领域。针对以上现状，我们发明了一种存储时分解为卷尺结构，使用时利用拉链结构实时拼装的伸缩臂。该伸缩臂满足了航天领域伸缩臂的特殊需求，特别适合用于空间作业。同时，在很多传统领域也具有良好的应用前景。

发明内容

(一)发明的目的

本发明的目的是设计一种高伸缩比、高长质比的伸缩臂，以降低伸缩臂的重量和存储体积，从而更适合应用于航天领域。

(二)技术方案

本发明一种卷尺拉链型伸缩机械臂，其主要包括以下两个部分：伸缩臂部分、对伸缩臂进行释放和回收的收放机构部分。

其中，伸缩臂的形态是三棱柱，是一种由柔性金属制成的截面为等边三角形的非实心伸缩臂，如图3所示。此伸缩臂的三面是三个单独的组件，称为“钢带”，如图2所示。三面钢带之中的每两面都通过类似于拉链的啮合结构链接，以形成稳固的臂结构，如图3所示。此类拉链的啮合结构即对应发明名称中的“拉链型”。三面钢带上均有斜向长条状开孔。在三面钢带的顶端，分别开有两个安装孔，用于伸缩臂末端作业设备的装配。

图4所示的是控制伸缩臂的收放机构装配图，图5所示的是其爆炸图。

在收放机构的结构中，滚筒4和压紧滚子5各有三个。相应地，滚筒安装板2有三对。每个滚筒4和每个压紧滚子5的中心轴的两端，分别插入一个滚筒安装板2中。上述过程使每对滚筒安装板2都分别支撑一个滚筒4和一个压紧滚子5的轴端。三对滚筒安装板2等角度分布在圆形的底部支撑板1上。滚筒安装板盖板3同时覆盖和固定三对滚筒安装板2的顶部。三棱柱形态的伸缩臂输出件7安装于滚筒安装板盖板3的中心位置。

在底部支撑板1的中心，装有一根带有螺纹的驱动轴9。驱动轴齿轮10与驱动轴9同心固连，位于底部支撑板1的底侧。电机齿轮8与驱动轴齿轮10 直接啮合，同样位于底部支撑板1的底侧。机构的电机6安装于底部支撑板1 的上面，位于驱动轴9旁边，通过螺丝固定在底部安装板1上，其驱动轴穿过底部安装板1，直接驱动电机齿轮8。

电机6直接驱动电机齿轮8；电机齿轮8驱动驱动轴齿轮10及驱动轴9。驱动轴9的螺纹与三面钢带的斜线长条状开孔配合，通过电机6的正转与反转同步驱动三面钢带的伸展与回收。

电缆隔离层11、13，以及电缆回收卷簧12用于收放从伸缩臂内部通过的伸缩臂末端作业设备的线缆。

整个伸缩臂机构运工作的形态是：三面钢带14、15、16分别卷收在一个滚筒4上。钢带端头绕过压紧滚子5，从伸缩臂输出件7中心输出，如图1所示。