柔性内驱动杆式伸展机构论文和设计-刘金国

全文摘要

本实用新型涉及一种柔性内驱动杆式伸展机构，电机安装在壳体内，对辊组包括两个分别转动安装在壳体上的对辊，一个为对辊A，另一个为下套，下套与电机的输出轴相连，对辊A与下套抵接；第一级伸缩筒安装在壳体上，其余各级伸缩筒依次插接，每级伸缩筒的上端均安装有筒套，各筒套的顶端内边缘沿径向向内延伸，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒的下端均连接有法兰座，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒下端的法兰座在伸出过程中由前一级伸缩筒上端筒套的延伸部限位，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒上端的筒套的延伸部用于对后一级伸缩筒下端的法兰座进行限位；最后一级伸缩筒上端的筒套上安装有上套。本实用新型伸展长度、刚度及结构高度均可调节。

主设计要求

1.一种柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：包括电机、壳体(8)、对辊组、碳纤维双稳态杆及多级伸缩筒，其中电机安装在壳体(8)内，所述对辊组包括两个分别转动安装在壳体(8)上的对辊，一个为对辊A(22)，另一个分为下套(23)及安装在该下套(23)上的下套压片(24)，所述下套(23)与电机的输出轴相连、由电机驱动旋转，所述对辊A(22)与下套(23)抵接；所述多级伸缩筒中的第一级伸缩筒安装在壳体(8)上，其余各级伸缩筒依次可相对移动地插接，每级伸缩筒的上端均安装有筒套，各筒套的顶端内边缘沿径向向内延伸，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒的下端均连接有法兰座，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒下端的法兰座在伸出过程中由前一级伸缩筒上端筒套的延伸部限位，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒上端的筒套的延伸部用于对后一级伸缩筒下端的法兰座进行限位；最后一级伸缩筒上端的筒套上安装有上套(10)，所述上套(10)上连接有上套压片(11)；所述碳纤维双稳态杆的一端被夹在下套压片(24)与下套(23)之间，另一端由所述下套(23)与对辊A(22)之间穿过后被夹在上套(10)与上套压片(11)之间。

设计方案

2.根据权利要求1所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述对辊组的上方加设有另一组对辊组，该另一组对辊组包括分别转动安装在壳体(8)上的对辊B(25)及对辊C(26)，所述对辊B(25)与对辊C(26)抵接，所述碳纤维双稳态杆的另一端由该对辊B(25)与对辊C(26)之间穿过。

3.根据权利要求2所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述下套(23)的一端及对辊B(25)的同侧一端分别连接有主动齿轮(27)及从动齿轮(29)，该主动齿轮(27)与从动齿轮(29)之间通过传动齿轮(28)传动。

4.根据权利要求1或2所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述对辊组的两侧分别设有安装在壳体(8)内的安装板(9)，对辊组中的其中一个对辊仅具有转动自由度，另一个对辊的两端分别设有定位块(21)，两端的定位块分别与两侧安装板(9)的内表面滑动连接，该另一个对辊的两端分别与两定位块(21)转动连接；所述定位块(21)上安装有推动盘(20)，该推动盘(20)与所述壳体(8)的内壁之间设有压簧(19)，通过所述压簧(19)向另一个对辊施加压力，实现所述另一个对辊与所述仅具有转动自由度的一个对辊始终保持抵接。

5.根据权利要求4所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述推动盘(20)的一侧与两定位块(21)相连，另一侧设有推动柱(18)，所述压簧(19)套设在该推动柱(18)上；所述推动柱(18)的一端可相对移动地套设有顶盘(17)，该顶盘(17)上安装有与所述壳体(8)螺纹连接的调距螺钉(16)，通过旋转该调距螺钉(16)调整所述顶盘(17)与推动盘(20)之间的间距，进而调节所述压簧(19)的压紧程度。

6.根据权利要求1所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：第二级伸缩筒下端连接的法兰座上安装有导向杆，从第三级伸缩筒开始，各级伸缩筒下端连接的法兰座上均设有与该导向杆配合的导套(15)。

7.根据权利要求1所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：各所述法兰座上均开设有供碳纤维双稳态杆穿过的弧形孔。

8.根据权利要求1所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述伸缩筒为三级，分为伸缩筒A(1)、伸缩筒B(2)及伸缩筒C(3)，该伸缩筒A(1)的下端固接于壳体(8)上，上端安装有筒套A(4)；所述伸缩筒B(2)可相对移动地插设于伸缩筒A(1)内，下端连接有法兰座A(12)，上端安装有筒套B(5)；所述伸缩筒C(3)可相对移动地插设于伸缩筒B(2)内，下端连接有法兰座B(13)，上端安装有筒套C(6)。

9.根据权利要求8所述的柔性内驱动杆式伸展机构，其特征在于：所述法兰座A(12)的直径大于伸缩筒B(2)的外径，所述筒套A(4)上延伸部的内径大于伸缩筒B(2)的外径、且小于所述法兰座A(12)的直径，即所述筒套A(4)上延伸部与法兰座A(12)的外边缘部分重叠；所述法兰座B(13)的直径大于伸缩筒C(3)的外径，所述筒套B(5)上延伸部的内径大于伸缩筒C(3)的外径、且小于所述法兰座B(13)的直径，即所述筒套B(5)上延伸部与法兰座B(13)外边缘部分重叠。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于可展开机构领域，具体地说是一种柔性内驱动杆式伸展机构。

背景技术

可展开机构是大型复杂空间结构的基础，而伸缩臂机构是一类最基本的空间可展开结构。在很多的领域都对高精度、长寿命且稳定的伸缩机构提出了要求，例如在航空航天领域，由于航天员在大气层外的条件下很难进行太空作业，因此操作人员需要通过可改变伸缩机构的长度，工作人员可以获得需要的高度,从而增加了机构的工作空间。另外，在工业生产中，并联机床的伸缩杆伸缩的范围也往往决定了机床工作的范围。

目前，市场上的伸缩机构有很多种类，比如说采用液压油形式的，采用气动形式的等等；但是它们大多数精度低，体积较大，有些还存在漏油的风险。因此针对于例如航天工程、高精度平台等情况上所使用的伸缩机构较为罕见。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柔性内驱动杆式伸展机构。该柔性内驱动杆式伸展机构通过碳纤维双稳态杆驱动伸缩筒伸缩，可供飞行器上使用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

本实用新型包括电机、壳体、对辊组、碳纤维双稳态杆及多级伸缩筒，其中电机安装在壳体内，所述对辊组包括两个分别转动安装在壳体上的对辊，一个为对辊A，另一个分为下套及安装在该下套上的下套压片，所述下套与电机的输出轴相连、由电机驱动旋转，所述对辊A与下套抵接；所述多级伸缩筒中的第一级伸缩筒安装在壳体上，其余各级伸缩筒依次可相对移动地插接，每级伸缩筒的上端均安装有筒套，各筒套的顶端内边缘沿径向向内延伸，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒的下端均连接有法兰座，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒下端的法兰座在伸出过程中由前一级伸缩筒上端筒套的延伸部限位，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒上端的筒套的延伸部用于对后一级伸缩筒下端的法兰座进行限位；最后一级伸缩筒上端的筒套上安装有上套，所述上套上连接有上套压片；所述碳纤维双稳态杆的一端被夹在下套压片与下套之间，另一端由所述下套与对辊A之间穿过后被夹在上套与上套压片之间；

其中：所述对辊组的上方加设有另一组对辊组，该另一组对辊组包括分别转动安装在壳体上的对辊B及对辊C，所述对辊B与对辊C 抵接，所述碳纤维双稳态杆的另一端由该对辊B与对辊C之间穿过；

所述下套的一端及对辊B的同侧一端分别连接有主动齿轮及从动齿轮，该主动齿轮与从动齿轮之间通过传动齿轮传动；

所述对辊组的两侧分别设有安装在壳体内的安装板，对辊组中的其中一个对辊仅具有转动自由度，另一个对辊的两端分别设有定位块，两端的定位块分别与两侧安装板的内表面滑动连接，该另一个对辊的两端分别与两定位块转动连接；所述定位块上安装有推动盘，该推动盘与所述壳体的内壁之间设有压簧，通过所述压簧向另一个对辊施加压力，实现所述另一个对辊与所述仅具有转动自由度的一个对辊始终保持抵接；

所述推动盘的一侧与两定位块相连，另一侧设有推动柱，所述压簧套设在该推动柱上；所述推动柱的一端可相对移动地套设有顶盘，该顶盘上安装有与所述壳体螺纹连接的调距螺钉，通过旋转该调距螺钉调整所述顶盘与推动盘之间的间距，进而调节所述压簧的压紧程度；

第二级伸缩筒下端连接的法兰座上安装有导向杆，从第三级伸缩筒开始，各级伸缩筒下端连接的法兰座上均设有与该导向杆配合的导套；

各所述法兰座上均开设有供碳纤维双稳态杆穿过的弧形孔；

所述伸缩筒为三级，分为伸缩筒A、伸缩筒B及伸缩筒C，该伸缩筒A的下端固接于壳体上，上端安装有筒套A；所述伸缩筒B可相对移动地插设于伸缩筒A内，下端连接有法兰座A，上端安装有筒套 B；所述伸缩筒C可相对移动地插设于伸缩筒B内，下端连接有法兰座B，上端安装有筒套C；

所述法兰座A的直径大于伸缩筒B的外径，所述筒套A上延伸部的内径大于伸缩筒B的外径、且小于所述法兰座A的直径，即所述筒套A上延伸部与法兰座A的外边缘部分重叠；所述法兰座B的直径大于伸缩筒C的外径，所述筒套B上延伸部的内径大于伸缩筒C的外径、且小于所述法兰座B的直径，即所述筒套B上延伸部与法兰座B外边缘部分重叠。

本实用新型的优点与积极效果为：

1.本实用新型伸缩筒的驱动便于储存，作为可展机构中的一种典型结构，收缩时可以缠绕在对辊上，展开时，根据碳纤维双稳态杆材料的特性可以对各级伸缩筒提供一个牵引力，带动各级伸缩筒运动，这样的内置驱动机构可以很好地节省空间，便于储存。

2.本实用新型每组对辊组中均设置了使两个对辊始终保持抵接的机构，并能够调节压簧的压紧程度。

3.本实用新型可以通过增加伸缩筒每一级的长度，增加伸缩筒级数在设定的范围内更换不同的伸展长度，并且内置的驱动便于储存、便于伸展，因此可以实现整体机构的模块化。

4.本实用新型了保持了伸展工作的清洁，从而提高了精度和寿命。

5.本实用新型不需要使用液压油，因此不存在液压油泄漏的情况出现。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为本实用新型去掉壳体、各级伸缩筒后的立体结构示意图之一；

图3为本实用新型去掉壳体、各级伸缩筒后的立体结构示意图之二；

图4为本实用新型的结构主视图；

图5为本实用新型的主视剖视图；

图6为本实用新型的左视剖视图；

图7为本实用新型驱动碳纤维双稳态杆伸缩的驱动部分立体结构示意图；

其中：1为伸缩筒A，2为伸缩筒B，3为伸缩筒C，4为筒套A， 5为筒套B，6为筒套C，7为底座固定座，8为壳体，9为安装板，10为上套，11为上套压片，12为法兰座A，13为法兰座B，14为导向杆，15为导套，16为调距螺钉，17为顶盘，18为推动柱，19为压簧，20为推动盘，21为定位块，22为对辊A，23为下套，24为下套压片，25为对辊B，26为对辊C，27为主动齿轮，28为传动齿轮， 29为从动齿轮，30为电机固定法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述。

如图1～7所示，本实用新型包括电机、壳体8、对辊组、碳纤维双稳态杆及多级伸缩筒，其中电机安装在壳体8内，对辊组包括两个分别转动安装在壳体8上的对辊，一个为对辊A22，另一个分为下套23及安装在该下套23上的下套压片24；下套23上沿轴向设有一平面，下套压片24固接于该平面上。下套23与电机的输出轴相连、由电机驱动旋转，对辊A22与下套23抵接。多级伸缩筒中的第一级伸缩筒安装在壳体8上，其余各级伸缩筒依次可相对移动地插接，每级伸缩筒的上端均安装有筒套，各筒套的顶端内边缘沿径向向内延伸，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒的下端均连接有法兰座，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒下端的法兰座在伸出过程中由前一级伸缩筒上端筒套的延伸部限位，除第一级伸缩筒外的其余各级伸缩筒上端的筒套的延伸部用于对后一级伸缩筒下端的法兰座进行限位；最后一级伸缩筒上端的筒套上安装有上套10。上套10上连接有上套压片11，上套10上沿轴向设有平面，上套压片11固接于平面上。碳纤维双稳态杆的一端被夹在下套压片24与下套23之间，另一端由下套23与对辊A22之间穿过后被夹在上套10与上套压片11之间。第二级伸缩筒下端连接的法兰座上安装有导向杆，从第三级伸缩筒开始，各级伸缩筒下端连接的法兰座上均设有与该导向杆配合的导套15，各法兰座上均开设有供碳纤维双稳态杆穿过的弧形孔。

对辊组的两侧分别设有安装在壳体8内的安装板9，两侧安装板 9的内表面上对称开设有滑槽，对辊组中的下套23的两端分别转动连接于两侧的安装板9上，并由安装于其中任一安装板9上的电机驱动旋转。对辊A22的两端分别设有定位块21，两端的定位块分别与两侧安装板9内表面上的滑槽滑动连接，该对辊A22的两端分别与两定位块21转动连接。定位块21上安装有推动盘20，该推动盘20的一侧与两定位块21固接，另一侧设有推动柱18，压簧19套设在该推动柱18上。推动柱18的一端可相对移动地套设有顶盘17，该顶盘17位于壳体8的内部、介于两块安装板9之间，顶盘17的两端与再块安装板9内表面开设的滑槽内；顶盘17上安装有与壳体8螺纹连接的调距螺钉16，通过旋转该调距螺钉16调整顶盘17与推动盘 20之间的间距，进而调节压簧19的压紧程度；通过压簧19向对辊 A22施加压力，实现对辊A22与下套23始终保持抵接。

为了保证碳纤维双稳态杆的垂直度和刚度，在对辊组的上方又加设了另一组对辊组，该另一组对辊组包括分别转动安装在壳体8上的对辊B25及对辊C26，对辊B25与对辊C26抵接，碳纤维双稳态杆的另一端由该对辊B25与对辊C26之间穿过。下套23的一端及对辊B25的同侧一端分别连接有主动齿轮27及从动齿轮29，该主动齿轮27 与从动齿轮29之间通过传动齿轮28传动。本实用新型只有一个电机，带动下套23旋转，下套23与对辊A22之间通过摩擦力带动对辊A22 转动；下套23旋转的同时，通过主动齿轮27、传动齿轮28、从动齿轮29带动对辊B25旋转，而对辊B25与对辊C26之间通过摩擦力带动对辊C26转动。本实用新型的下套23、对辊B25均只具有转动的自由度，对辊C26与对辊A22一样，两端也设有定位块21，两端的定位块分别与两侧安装板9的内表面滑动连接。定位块21上固接有推动盘20，推动盘20的另一侧设有推动柱18，压簧19套设在推动柱18上。推动柱18的一端可相对移动地套设有顶盘17，该顶盘17 上安装有与壳体8螺纹连接的调距螺钉16，通过旋转该调距螺钉16 调整顶盘17与推动盘20之间的间距，进而调节压簧19的压紧程度，保证对辊C26始终与对辊B25抵接。

本实施例的伸缩筒为三级，分为伸缩筒A1、伸缩筒B2及伸缩筒 C3，该伸缩筒A1的下端与安装在壳体8上的底座固定座7固接，上端安装有筒套A4；伸缩筒B2可相对移动地插设于伸缩筒A1内，下端连接有法兰座A12，上端安装有筒套B5；伸缩筒C3可相对移动地插设于伸缩筒B2内，下端连接有法兰座B13，上端安装有筒套C6。法兰座A12的直径大于伸缩筒B2的外径，筒套A4上延伸部的内径大于伸缩筒B2的外径、且小于法兰座A12的直径，即筒套A4上延伸部与法兰座A12的外边缘部分重叠。法兰座B13的直径大于伸缩筒C3 的外径，筒套B5上延伸部的内径大于伸缩筒C3的外径、且小于法兰座B13的直径，即筒套B5上延伸部与法兰座B13外边缘部分重叠。法兰座A12上安装有两根导向杆14，这两根导向杆14分别由伸缩筒B2的下端、法兰座B13、伸缩筒C3的下端穿过，法兰座B13上安装有两个与导向杆14配合的导套15。

本实用新型的工作原理为：

初始状态时，碳纤维双稳态杆缠绕在由下套23和下套压片24形成的对辊上，两端分别由下套23与下套压片24以及上套10与上套压片11夹紧。需要展开时，电机正转，驱动下套23旋转，碳纤维双稳态杆逐渐展开，向上推动伸缩筒C3上端的筒套C6，进而带动伸缩筒C3相对伸缩筒B2伸出。当伸缩筒C3下端连接的法兰座B13接触到伸缩筒B2上端的筒套B5上的延伸部，即带动伸缩筒B2相对伸缩筒A1伸出，直至伸缩筒B2下端连接的法兰座A12与伸缩筒A1上端的筒套A4上的延伸部抵接，完成伸展。

缩回时，电机反转，驱动下套23反向旋转，碳纤维双稳态杆逐渐缠绕在下套23上，在缠绕过程中，即逐级带动伸缩筒缩回。

本实用新型可通过增加伸缩筒的级数在增加伸展长度。

设计图

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