本發(fā)明屬于航空航天領(lǐng)域，具體涉及一種行星輪系式折展裝置及其折展方法。

背景技術(shù)：

太陽能是航天器的主要能量來源。為了保證接收到足夠的太陽能，折展機構(gòu)大量應(yīng)用于工程機械和航空航天領(lǐng)域。目前，成熟的太陽能電池板展開機構(gòu)主要有鉸接可展開機構(gòu)，桿狀可展開機構(gòu)，其特點在于展開后的受光面積大。但此類太陽能電池板展開機構(gòu)所用的太陽能電池板主要是剛性結(jié)構(gòu)，存在單位質(zhì)量的供電功率低等問題。此外，大多數(shù)航天器折展機構(gòu)僅有一級展開，缺乏鎖止裝置，折疊比小，且傳動效率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種行星輪系式折展裝置及其折展方法。

本發(fā)明行星輪系式折展裝置，包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、翻轉(zhuǎn)板、折展組件、行星輪系傳動機構(gòu)、齒輪驅(qū)動件和靜止板。所述的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括固定板、連接板和第一電機；所述的固定板與連接板的一端通過固定在連接板上的鉸接軸鉸接。鉸接軸由第一電機驅(qū)動。

所述的行星輪系傳動機構(gòu)包括扇形內(nèi)齒輪、行星齒輪、太陽輪、第一支架、第二支架和行星架；扇形內(nèi)齒輪與太陽輪同軸設(shè)置且構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。行星齒輪與扇形內(nèi)齒輪內(nèi)嚙合，與太陽輪外嚙合。第一支架固定在太陽輪上。第二支架固定在行星齒輪上。行星齒輪及太陽輪均與行星架構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。第一支架與靜止板的一端固定。靜止板的另一端與連接板固定。第一支架與翻轉(zhuǎn)板固定。扇形內(nèi)齒輪由齒輪驅(qū)動件驅(qū)動。

所述的折展組件包括第一連桿、第二連桿、第一滑塊、第二滑塊和支撐架；支撐架共有2n+1個，1≤n≤10，2n+1個支撐架依次排列設(shè)置，相鄰兩個支撐架的內(nèi)端均鉸接。2n+1個支撐架中位于正中位置的支撐架作為主支撐架；2n+1個支撐架中位于最外側(cè)的兩個支撐架分別作為第一側(cè)支撐架和第二側(cè)支撐架。主支撐架與行星架固定。第一連桿的一端與第一側(cè)支撐架鉸接，另一端與第一滑塊鉸接。第一滑塊與翻轉(zhuǎn)板構(gòu)成滑動副。第二連桿的一端與第二側(cè)支撐架鉸接，另一端與第二滑塊鉸接。第二滑塊與靜止板構(gòu)成滑動副。

相鄰的兩個支撐架均通過一張薄膜太陽能電池連接。合攏狀態(tài)下，所有支撐架及薄膜太陽能電池均收攏于翻轉(zhuǎn)板與靜止板之間。

本發(fā)明行星輪系式折展裝置還包括鎖解機構(gòu)；鎖解機構(gòu)包括楔塊和鎖解組件；楔塊固定在翻轉(zhuǎn)板上。楔塊與固定板上開設(shè)的楔塊槽位置對應(yīng)。鎖解組件包括楔座、夾緊塊和彈簧；楔座呈u形，并固定在靜止板上，楔座內(nèi)壁的兩側(cè)面與兩個夾緊塊分別通過彈簧連接。合攏狀態(tài)下，楔塊卡在固定板上的楔塊槽內(nèi)。薄膜太陽能電池收攏于翻轉(zhuǎn)板與靜止板之間。展開狀態(tài)下，楔塊卡在鎖解組件內(nèi)的兩塊夾緊塊之間。

合攏狀態(tài)下，楔塊卡在固定板上的楔塊槽內(nèi)。展開狀態(tài)下，楔塊卡在鎖解組件內(nèi)的兩塊夾緊塊之間。

所述扇形內(nèi)齒輪的圓心角為60～360°。

本發(fā)明行星輪系式折展裝置還包括固定凸臺、第一鉸接座、第二鉸接座和滾動軸承。所述的第一鉸接座固定在固定板上。所述的鉸接軸通過滾動軸承支承在第一鉸接座上。所述的固定凸臺固定在固定板上；固定凸臺上固定有第一電機；第一電機輸出軸與鉸接軸的一端固定；鉸接軸的另一端與第二鉸接座固定。第二鉸接座與連接板的一端固定。

本發(fā)明行星輪系式折展裝置還包括磁鎖板和磁力鎖。所述的磁鎖板與固定板間隔設(shè)置。所述的磁鎖板及固定板均固定在航天器上。所述的磁力鎖固定在連接板遠離鉸接軸的那端。磁鎖板上開設(shè)有磁鎖缺口；磁鎖缺口內(nèi)固定有鐵塊；磁鎖缺口的位置與磁力鎖對應(yīng)。展開狀態(tài)下，磁鎖板上磁鎖缺口內(nèi)的鐵塊與磁力鎖鎖止。

所述的齒輪驅(qū)動件包括底座和第二電機。所述的底座固定在靜止板上；所述的第二電機固定在底座上；第二電機的輸出軸與扇形內(nèi)齒輪固定。

該行星輪系式折展裝置的折展方法包括展開方法和折疊方法：

該行星輪系式折展裝置的展開方法如下：

步驟一、第一電機正轉(zhuǎn)，驅(qū)動連接板轉(zhuǎn)動，直至磁力鎖進入磁鎖板的磁鎖缺口內(nèi)，第一電機停轉(zhuǎn)。磁力鎖啟動，磁力鎖與磁鎖板上磁鎖缺口內(nèi)鐵塊吸合。

步驟二、齒輪驅(qū)動件驅(qū)動扇形內(nèi)齒輪正轉(zhuǎn)，帶動行星齒輪自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動翻轉(zhuǎn)板及行星架轉(zhuǎn)動。行星架帶動主支撐架轉(zhuǎn)動。其余支撐架在翻轉(zhuǎn)板及主支撐架的牽引下展開。直至楔塊卡進鎖解組件內(nèi)的兩塊夾緊塊之間。

該行星輪系式折展裝置的折疊方法如下：

步驟一、齒輪驅(qū)動件驅(qū)動扇形內(nèi)齒輪反轉(zhuǎn)，帶動行星齒輪自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動翻轉(zhuǎn)板及行星架轉(zhuǎn)動。行星架帶動主支撐架轉(zhuǎn)動。其余支撐架在翻轉(zhuǎn)板及主支撐架的牽引下合攏。直至任意兩個相鄰的支撐架均貼合。

步驟二、磁力鎖關(guān)閉，第一電機反轉(zhuǎn)，驅(qū)動連接板轉(zhuǎn)動，直至楔塊卡入固定板上的楔塊槽內(nèi)，第一電機停轉(zhuǎn)。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明具有旋轉(zhuǎn)折展和行星輪系折展兩級折展，折疊比較大，且行星輪系傳動機構(gòu)，傳動效率高，且可實現(xiàn)重復(fù)折展。

2、本發(fā)明通過彈簧及夾緊塊的組合，能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)鎖止和分離。

3、本發(fā)明采用薄膜太陽能電池作為發(fā)電元件，體積和重量較小，有效提高了單位質(zhì)量的發(fā)電效率。

4、本發(fā)明折疊比大，利用支撐架上的薄膜太陽能電池來控制展開角度，具有較高的精確性和穩(wěn)定性。

5、本發(fā)明可應(yīng)用于天線展開等場合，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

6、本發(fā)明折疊時占用空間小，展開時工作面積大。

附圖說明

圖1為本發(fā)明在合攏狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明在半展開狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明在展開狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的立體圖；

圖5為本發(fā)明中行星輪系傳動機構(gòu)的立體圖；

圖6為本發(fā)明中鎖解機構(gòu)完全鎖定狀態(tài)下的立體圖；

圖7為本發(fā)明中鎖解機構(gòu)開始鎖定狀態(tài)示意圖；

圖8為本發(fā)明中鎖解機構(gòu)完全鎖定狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1、2和3所示，行星輪系式折展裝置，包括旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2、翻轉(zhuǎn)板3、折展組件5、行星輪系傳動機構(gòu)6、第二電機7、靜止板9和鎖解機構(gòu)10。

如圖1、2、3和4所示，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)2包括磁鎖板1、固定板11、連接板2-1、鉸接軸2-2、固定凸臺2-3、磁力鎖2-4、第一鉸接座2-5、第二鉸接座2-6、滾動軸承2-7和第一電機2-8；磁鎖板1及固定板11均固定在航天器上。磁鎖板1與固定板11間隔設(shè)置。第一鉸接座2-5固定在固定板11上。鉸接軸2-2通過滾動軸承2-7支承在第一鉸接座2-5上。固定凸臺2-3固定在固定板11上；固定凸臺2-3上固定有第一電機2-8；第一電機2-8輸出軸與鉸接軸2-2的一端通過聯(lián)軸器固定；鉸接軸2-2的另一端與第二鉸接座2-6固定。第二鉸接座2-6與連接板2-1的一端固定。連接板2-1的另一端固定有磁力鎖2-4。磁鎖板1上開設(shè)有磁鎖缺口；磁鎖缺口內(nèi)固定有鐵塊；磁鎖缺口的位置與磁力鎖2-4對應(yīng)。

如圖1、2、3和5所示，行星輪系傳動機構(gòu)6包括扇形內(nèi)齒輪6-1、行星齒輪6-2、太陽輪6-3、第一支架6-4、第二支架6-5和行星架6-6；扇形內(nèi)齒輪6-1的圓心角為60°。扇形內(nèi)齒輪6-1與太陽輪6-3同軸設(shè)置。行星齒輪6-2與扇形內(nèi)齒輪6-1內(nèi)嚙合，與太陽輪6-3外嚙合。第一支架6-4固定在太陽輪6-3上。第二支架6-5固定在行星齒輪6-2上。行星齒輪6-2及太陽輪6-3均與行星架6-6構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。第一支架6-4與靜止板9的一端固定。靜止板9的另一端與連接板2-1固定。第一支架6-4與翻轉(zhuǎn)板3固定。靜止板9上固定有底座8；底座8上固定有第二電機7；第二電機7的輸出軸與扇形內(nèi)齒輪6-1固定。

如圖1、2和3所示，折展組件5包括第一連桿5-1、第二連桿5-2、第一滑塊5-3、第二滑塊5-4和支撐架5-5；支撐架5-5共有九個，九個支撐架5-5依次排列設(shè)置，相鄰兩個支撐架5-5的內(nèi)端均鉸接。相鄰的兩個支撐架5-5均通過一張薄膜太陽能電池連接。九個支撐架5-5中位于正中位置的支撐架5-5作為主支撐架；九個支撐架5-5中位于最外側(cè)的兩個支撐架5-5分別作為第一側(cè)支撐架和第二側(cè)支撐架。主支撐架與行星架6-6固定。第一連桿5-1的一端與第一側(cè)支撐架鉸接，另一端與第一滑塊5-3鉸接。第一滑塊5-3與翻轉(zhuǎn)板3構(gòu)成滑動副。第二連桿5-2的一端與第二側(cè)支撐架鉸接，另一端與第二滑塊5-4鉸接。第二滑塊5-4與靜止板9構(gòu)成滑動副。

如圖1、2、3、6、7和8所示，鎖解機構(gòu)10包括楔塊4和鎖解組件；楔塊4固定在翻轉(zhuǎn)板3上。楔塊4與固定板11上開設(shè)的楔塊槽11-1位置對應(yīng)。鎖解組件包括楔座10-1、夾緊塊10-2和彈簧10-3；楔座10-1呈u形，并固定在靜止板9上，楔座10-1內(nèi)壁的兩側(cè)面與兩個夾緊塊10-2分別通過彈簧10-3連接。

合攏狀態(tài)下，楔塊4卡在固定板11上的楔塊槽11-1內(nèi)。折展組件5處于折疊狀態(tài)，薄膜太陽能電池收攏于翻轉(zhuǎn)板3與靜止板9之間。展開狀態(tài)下，楔塊4卡在鎖解組件內(nèi)的兩塊夾緊塊10-2之間。磁鎖板1上磁鎖缺口內(nèi)的鐵塊與磁力鎖2-4鎖止。折展組件5處于展開狀態(tài)。

該行星輪系式折展裝置的折展方法包括展開方法和折疊方法：

該行星輪系式折展裝置的展開方法如下：

步驟一、第一電機2-8正轉(zhuǎn)，驅(qū)動鉸接軸2-2轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動第二鉸接座2-6轉(zhuǎn)動，第二鉸接座2-6驅(qū)動連接板2-1轉(zhuǎn)動，直至磁力鎖2-4進入磁鎖板1的磁鎖缺口內(nèi)，第一電機2-8停轉(zhuǎn)。磁力鎖2-4啟動，磁力鎖2-4與磁鎖板1上磁鎖缺口內(nèi)鐵塊吸合。

步驟二、第二電機7正轉(zhuǎn)，驅(qū)動扇形內(nèi)齒輪6-1轉(zhuǎn)動，帶動行星齒輪6-2自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動翻轉(zhuǎn)板3及行星架6-6轉(zhuǎn)動。行星架6-6帶動主支撐架轉(zhuǎn)動。其余支撐架5-5在翻轉(zhuǎn)板3、主支撐架及薄膜太陽能電池的牽引下展開。直至楔塊4卡在鎖解組件內(nèi)的兩塊夾緊塊10-2之間，第二電機7停轉(zhuǎn)。

該行星輪系式折展裝置的折疊方法如下：

步驟一、第二電機7反轉(zhuǎn)，驅(qū)動扇形內(nèi)齒輪6-1轉(zhuǎn)動，帶動行星齒輪6-2自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動翻轉(zhuǎn)板3及行星架6-6轉(zhuǎn)動。行星架6-6帶動主支撐架轉(zhuǎn)動。其余支撐架5-5在翻轉(zhuǎn)板3、主支撐架及薄膜太陽能電池的牽引下合攏。直至任意兩個相鄰的支撐架5-5均貼合，第二電機7停轉(zhuǎn)。

步驟二、磁力鎖2-4關(guān)閉，磁力鎖2-4與磁鎖板1上磁鎖缺口內(nèi)鐵塊的吸力消失。第一電機2-8反轉(zhuǎn)，驅(qū)動鉸接軸2-2轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動第二鉸接座2-6轉(zhuǎn)動，第二鉸接座2-6驅(qū)動連接板2-1轉(zhuǎn)動，直至楔塊4卡入固定板11上的楔塊槽11-1內(nèi)，第一電機2-8停轉(zhuǎn)。