一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链

摘要

本发明提出了一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，属于航空航天领域。解决了基于零件素材的大尺度空间桁架结构在轨建造过程中的装配误差累积的问题。它包括电池组、信号接收器、温控片、温控变形组件和壳体，所述电池组、信号接收器、温控片和温控变形组件均设置在壳体内，所述电池组与信号接收器和温控片分别相连，为信号接收器和温控片供电，所述温控片设置在信号接收器的后端并与信号接收器通讯连接，所述温控片与温控变形组件通过导热材料连接，所述壳体上设置有格栅板，所述格栅板与温控变形组件相连，所述温控变形组件呈平板状结构，由若干个形状记忆合金片压制而成。它主要用于大尺度空间桁架结构。

权利要求

1.一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：它包括电池组（1）、信号接收器（2）、温控片（3）、温控变形组件（4）和壳体（5），所述电池组（1）、信号接收器（2）、温控片（3）和温控变形组件（4）均设置在壳体（5）内，所述电池组（1）与信号接收器（2）和温控片（3）分别相连，为信号接收器（2）和温控片（3）供电，所述温控片（3）设置在信号接收器（2）的后端并与信号接收器（2）通讯连接，所述温控片（3）与温控变形组件（4）通过导热材料连接，所述壳体（5）上设置有格栅板，所述格栅板与温控变形组件（4）相连，所述温控变形组件（4）呈平板状结构，由若干个形状记忆合金片压制而成，所述壳体（5）为多面体构型，表面各面均镶嵌有激光反射镜（7），壳体（5）两端为连杆连接接口，壳体（5）内部通过栅格板分割为两个空腔。

2.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述信号接收器（2）为射频信号接收器，所述信号接收器（2）接收装配空间站发出的射频信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述射频信号包括使能指令和/或温控PWM指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述信号接收器（2）为温控片（3）提供输入PWM占空比信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述温控片（3）的非工作面上设置有散热片。

6.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述壳体（5）内部设置有隔热涂层（6）。

7.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述温控片（3）两端面的对称面上设置有隔热挡板（8）。

8.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述电池组（1）为太阳能电池组。

9.根据权利要求1所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，其特征在于：所述温控片（3）为半导体温控片。

说明书

一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链

技术领域

[0001] 本发明属于航空航天领域，特别是涉及一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链。

背景技术

[0002] 大尺度空间桁架结构一般是指结构尺寸在50米以上的空间桁架结构，由于尺寸过大，受运载火箭整流罩包络尺寸限制，依靠展开机构，通过地面预先收拢、在轨展开的方式很难实现。因此，多采用上行补给球节、连杆等零件素材，通过预先发射的机器人化装配系统进行在轨自主建造的方式获得。这种大尺度空间桁架结构的在轨自主装配存在以下特殊性：

[0003] 1.大尺度空间桁架结构一般作为兆瓦级太阳能电站、大功率射电望远镜、甚长基线等在轨空间有效载荷的支撑背架，这对大尺度空间桁架结构的建造精度提出了很高的要求；

[0004] 2.大尺度空间结构物的在轨建造实质上仍是零件间的自主装配，只要是装配就会存在装配误差，随着结构尺寸的增大，装配误差会逐渐累积，从而影响整个桁架结构的建造精度；

[0005] 3.当大尺度空间桁架结构的累积装配误差超过建造精度许用范围时，需要采取在轨精度调控，以补偿累积装配误差，这种精度调控与补偿往往需要根据建造精度在轨检测结果，通过改变多个连接节点处连杆的连接角度实现精度调控，可见空间桁架结构的节点需要具有主动变形能力；

[0006] 4.在轨条件下，大尺度空间桁架结构节点数量非常多，采用有线传输指令的方式将会给系统布线带来很大问题，因此需要节点具有主动变形能力的同时还能通过无线通讯的方式获得指令；

[0007] 5.如果可调控节点能够作为激光检测的标记点，将大幅度提高空间桁架结构的建造精度调控准确度。

发明内容

[0008] 本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链。

[0009] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，它包括电池组、信号接收器、温控片、温控变形组件和壳体，所述电池组、信号接收器、温控片和温控变形组件均设置在壳体内，所述电池组与信号接收器和温控片分别相连，为信号接收器和温控片供电，所述温控片设置在信号接收器的后端并与信号接收器通讯连接，所述温控片与温控变形组件通过导热材料连接，所述壳体上设置有格栅板，所述格栅板与温控变形组件相连，所述温控变形组件呈平板状结构，由若干个形状记忆合金片压制而成。

[0010] 更进一步的，所述信号接收器为射频信号接收器，所述信号接收器接收装配空间站发出的射频信号。

[0011] 更进一步的，所述射频信号包括使能指令和/或温控PWM指令。

[0012] 更进一步的，所述信号接收器为温控片提供输入PWM占空比信号。

[0013] 更进一步的，所述温控片的非工作面上设置有散热片。

[0014] 更进一步的，所述壳体为多面体构型，表面各面均镶嵌有激光反射镜，壳体两端为连杆连接接口，壳体内部通过栅格板分割为两个空腔。

[0015] 更进一步的，所述壳体内部设置有隔热涂层。

[0016] 更进一步的，所述温控片两端面的对称面上设置有隔热挡板。

[0017] 更进一步的，所述电池组为太阳能电池组。

[0018] 更进一步的，所述温控片为半导体温控片。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了基于零件素材的大尺度空间桁架结构在轨建造过程中的装配误差累积的问题，针对大尺度空间桁架在轨建造过程中存在的累积装配误差，提供一种能够自主调节连杆角度的连接节点，从而补偿在轨建造过程中的累积装配误差，提高空间桁架结构在轨建造精度。在大尺度空间桁架结构在轨建造过程中采用微动柔性球节铰链，可使桁架结构在不改变构型设计的基础上，增加连接节点的主动变形能力，并且能实现无线使能驱动，从而实现连杆间的角度调整。

[0020] 依靠形状记忆合金作为主驱动元件，主动变形能力强；利用半导体温控器控制形状记忆合金，可实现较高的变形精度；将无线驱动、温度调控、主动变形、检测标记等组件与原有球节相集成，集成度高。

附图说明

[0021] 图1为本发明所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链内部结构示意图；

[0022] 图2为本发明所述的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链外部结构示意图；

[0023] 图3为本发明所述的温控变形组件向上翘曲时柔性球节铰链状态示意图。

[0024] 1‑电池组，2‑信号接收器，3‑温控片，4‑温控变形组件，5‑壳体，6‑隔热涂层，7‑激光反射镜，8‑隔热挡板。

具体实施方式

[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

[0026] 参见图1‑3说明本实施方式，一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，它包括电池组1、信号接收器2、温控片3、温控变形组件4和壳体5，所述电池组1、信号接收器2、温控片3和温控变形组件4均设置在壳体5内，所述电池组1与信号接收器2和温控片3分别相连，为信号接收器2和温控片3供电，所述温控片3设置在信号接收器2的后端并与信号接收器2通讯连接，所述温控片3与温控变形组件4通过导热材料连接，所述壳体5上设置有格栅板，所述格栅板与温控变形组件4相连，所述温控变形组件4呈平板状结构，由若干个形状记忆合金片压制而成。

[0027] 本实施例信号接收器2为射频信号接收器，置于微动柔性球节铰链内，信号接收器2接收装配空间站发出的射频信号，射频信号包括使能指令和/或温控PWM指令。温控片3为半导体温控片，信号接收器2为温控片3提供输入PWM占空比信号，用于改变微动柔性球节铰链内部环境温度；通过改变电源极性，以此达到制冷和制热效果。温控片3的非工作面上设置有散热片，用于加强散热，防止在制冷时该面高温通过半导体内部传导到制冷工作面，从而提高制冷效率。电池组1为太阳能电池组，可接收太阳能并将其存储为电能，用于给半导体温控片3、射频信号接收器2供电。壳体5内部设置有隔热涂层6，用于隔绝微动柔性球节铰链内部与外部空间环境的热传递，保证微动柔性球节铰链内部温度可控。温控片3两端面的对称面上设置有隔热挡板8，使半导体温控片3的两端面分别处于独立的空间环境，减少两空间环境的热交换，有利于提高转化效率。

[0028] 温控变形组件4与半导体温控片3通过导热材料连接，温控变形组件4由若干形状记忆合金片压制而成，对环境温度敏感，当微动柔性球节铰链内环境温度发展变化时，可以产生形变，初始温度状态下，温控变形组件4呈图2中所示平板状，当微动柔性球节铰链内环境温度升高后，温控变形组件4将向上翘曲，呈图3所示状态；当微动柔性球节铰链内环境温度降低后，温控变形组件4将向下翘曲。壳体5为整个微动柔性球节铰链及其内部组成构件的支撑壳体，其外形为多面体构型，表面各面均镶嵌有激光反射镜7，壳体5两端为连杆连接接口，壳体5内部通过栅格板分割为两个空腔，左侧空腔用于放置微动柔性球节铰链组件，两个空腔间设计有栅格板，栅格板与温控变形组件4相连，当温控变形组件4向上翘曲时，栅格板上端逐渐压合、下端逐渐张开，当温控变形组件4向下翘曲时，栅格板上端逐渐展开、下端逐渐压合，从而带动微动柔性球节铰链壳体上两端的连杆接口呈现不同角度，进而调整两根连杆节点位置处的连接角度。

[0029] 在进行大尺度空间桁架结构在轨建造过程中，当装配空间站上的激光跟踪仪检测到由微动柔性球节铰链外表面镶嵌的激光反射镜7反射回来的激光信号后，可求解出该节点处位置坐标实际值，根据大尺度空间桁架结构几何构型和形位精度模型，可求解出该节点处理论位置坐标，通过节点的实际位置与理论位置坐标差，可求解出微动柔性球节铰链需要调整变化的角度。此时，装配空间站先发出使能信号，令该微动柔性球节铰链使能进入待命状态，随后装配空间站先发出角度调整指令，微动柔性球节铰链内射频信号接收器2接收到角度调整指令后，启动半导体温控片3，预设相应的PWM占空比，半导体温控片3工作将微动柔性球节铰链内部环境温度调节至相应温度值，温控变形组件4随着环境温度的变化而产生几何翘曲，从而带动壳体5产生弯曲，从而实现该节点位置处，两连杆间连接角度的调整。

[0030] 以上对本发明所提供的一种基于形状记忆合金驱动的微动柔性球节铰链，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。