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索杆铰接式伸展臂收拢时,伸展臂相邻两刚性平面之间分别按照转角+和-的规律交替折叠收拢,如图2右图所示。根据索杆铰接式伸展臂工作原理以及从美国ADAM伸展臂的驱动机构和浙江大学空间结构研究中心对索杆式伸展臂驱动原理分析来看,采用驱动刚性平面平动使伸展臂展开和收拢是比较理想的。采用螺旋提升的原理驱动伸展臂刚性平面的平动,如图3所示,以一个刚性平面的角点滚轮为例,角点滚轮一部分嵌在螺旋凹槽中,另一部分约束在直线导轨槽中,角点滚轮在螺旋槽和提升直线导轨的共同挤压下沿直线导轨平动,下刚性平面在上刚性平面带动下分别沿对应的消旋轨道进行旋转,最终实现伸展臂展开与收拢。通过上述原理研制了索杆铰接式伸展臂及其套筒式驱动机构,如图4所示。该机构通过电机带动四线程内螺旋槽套筒转动提升或压缩刚性平面实现伸展臂的展开与收拢。该伸展臂共有10跨桁架单元,完全展开长度约为3.8米。伸展臂完全展开后通过根部锁紧机构将伸展臂与套筒驱动机构锁紧为一刚体,增加了伸展臂的刚度并消除了伸展臂与套筒驱动机构传动间隙;伸展臂完全收拢后通过压杆装置将伸展臂完全压紧在套筒驱动机构内。图3伸展臂驱动原理图4索杆铰接式伸展臂及其驱动机构空间索杆铰接式伸展臂具有重复展开精度高、稳定性好、刚度和强度高等特点,主要作为大型合成孔径雷达、太空望远镜、大型展开天线等高精度探测设备的分离、定位和支撑结构1。由美国AEC-Able工程公司研制的空间索杆铰接式伸展臂ADAM(AbleDeployable Articulated Mast)在2000年成功应用于SRTM项目中,该伸展臂从航天飞机展开,支撑用于干涉测量的合成孔径雷达从太空对地球表面进行数字测量2,3,如图1所示。ADAM伸展臂由87个桁架单元构成,完全展开长度60米,是目前太空探测中应用最长的空间可展开结构,其收拢率约为4.9%。SRTM项目中的ADAM伸展臂空间索杆铰接式伸展臂是一个桁架式结构,由纵杆、横杆、球铰、拉索、角块、锁定装置组成,如图2所示。四根横杆通过角块刚性连接构成刚性平面,四根纵杆两端分别与上、下两个刚性平面上的角块通过球铰铰接构成一个伸展臂桁架单元,上、下刚性平面可以相对伸展臂轴线转动实现展开和收拢。伸展臂桁架单元每个侧面角块与锁定装置之间连接两根定长拉索和一根连续拉索,连续拉索可以在锁定装置中滑动,当伸展臂单元完全展开后,连接锁定装置与角块的四段拉索张紧并且等长,通过锁定装置将连续拉索锁定限制其滑动使伸展臂单元形成一个静定刚化单元。不同数量桁架单元铰接在一起便构成不同长度的空间索杆铰接式伸展臂。由于索杆铰接式伸展臂采用刚性的
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