一种用于卫星的载荷摆动机构以及卫星的制作方法

1.本发明涉及卫星技术领域，具体涉及一种用于卫星的载荷摆动机构以及卫星。


背景技术：

2.人造卫星在进行对地观测或是目标扫描等作业时，成像装置需要进行往复摆动实现成像，例如为实现对地目标的宽幅连续成像，需要成像装置进行大角度快速往复摆动。其中一种常见摆动方式是将成像装置作为载荷连接于卫星本体上，由载荷摆动机构来实现装置的往复摆动。
3.现有的大惯量载荷摆动机构大多采用电机驱动转盘转动，进而带动载荷进行往复摆动，在载荷摆动的过程中由动量轮系统实现卫星的整体平衡，但动量轮的长期加减速启停容易对动量轮系统造成损伤，影响动量轮系统的使用寿命，并且电机的功耗也比较大，不利于卫星的长期运行。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供一种用于卫星的载荷摆动机构，能够实现载荷的低功耗往复摆动。
5.上述载荷往复摆动机构用于驱使载荷相对卫星进行摆动，包括：连杆机构，包括第一连杆以及第二连杆，所述第一连杆可滑动的连接于所述第二连杆上，并且所述第一连杆相对所述第二连杆可转动；弹性件，所述弹性件的一端设置有止挡件，另一端与所述第一连杆连接；转盘，与所述第二连杆连接；摆动机构，包括第一摆臂，所述转盘可带动所述第一摆臂摆动；以及驱动机构；
6.其中，所述载荷连接于所述第一摆臂的端部，所述驱动机构可驱动所述第一连杆直线运动，进而通过所述第二连杆带动所述转盘转动，通过所述摆动机构带动所述载荷摆动；所述第一连杆具有第一位置以及第二位置，在所述第一位置时，所述第一连杆在所述弹性件的作用下具有朝向所述第二位置运动的趋势，在所述第二位置时，所述第一连杆在所述弹性件的作用下具有朝向所述第一位置运动的趋势。
7.在一个或多个实施方式中，所述第一连杆具有第一连接孔，所述第二连杆具有滑动部，所述滑动部上设置有滑块，所述滑块在所述滑动部上可滑动；所述连杆机构还包括第一连接件，所述第一连接件穿过所述第一连接孔与所述滑块上的配合部配合连接，并且所述第一连接件在所述第一连接孔内可转动。
8.在一个或多个实施方式中，所述第二连杆具有第二连接孔与第三连接孔，所述转盘上设置有第二连接件与第三连接件，所述第二连接件设置在所述转盘的中心位置，所述第二连接件与所述第三连接件分别穿过所述第二连接孔与所述第三连接孔，并且在所述第二连接孔与所述第三连接孔内可转动。
9.在一个或多个实施方式中，所述驱动机构包括驱动电机、驱动转盘以及驱动杆，所述驱动电机具有输出轴，所述输出轴的端部固定设置有所述驱动转盘，所述驱动杆的两端
分别可转动的连接于所述驱动转盘与所述第一连杆上。
10.在一个或多个实施方式中，所述转盘上设置有齿轮部，所述摆动机构包括第一齿轮，通过所述齿轮部与所述第一齿轮的配合实现所述转盘与所述第一摆臂的传动连接。
11.在一个或多个实施方式中，所述摆动机构还包括第二齿轮、第二摆臂以及配重件，所述配重件连接于所述第二摆臂的端部，通过所述齿轮部与所述第二齿轮的配合实现所述转盘与所述第二摆臂的传动连接；其中，所述第一齿轮与所述第二齿轮相对设置，使所述转盘带动所述配重件朝向与所述载荷相反的方向活动。
12.在一个或多个实施方式中，所述第一齿轮和/或所述第二齿轮为锥形齿轮。
13.本发明的另一个目的是提供一种卫星，能够实现载荷的低功耗往复摆动。
14.上述卫星包括卫星本体、载荷以及上述的载荷摆动机构，通过所述载荷摆动机构驱使所述载荷相对所述卫星进行往复摆动；其中，所述止挡件与所述驱动机构固定连接于所述卫星本体上，所述第一连杆可滑动的连接于所述卫星本体上。
15.本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：
16.该载荷往复摆动机构由主要连杆机构和摆动机构两部分组成，连杆机构与摆动机构通过转盘相连，通过驱动机构驱动连杆机构在直线方向上运动，由与第一连杆相连接的第二连杆带动转盘转动，将第一连杆的直线运动转化为转盘的转动，再由转盘带动摆动机构的第一摆臂摆动，将转盘的转动转化为摆臂的摆动，进而能够实现载荷的往复摆动。同时通过在连杆机构中设置的弹性件，可将连杆机构中的能量在动能与弹性势能之间转化，使第一连杆在直线方向上做往复运动。
17.由于空间环境下大气稀薄，并且载荷往复摆动机构中各部件的重力可忽略不计，第一连杆在往复运动过程中的能量损耗主要来自于各部件之间的摩擦力，因此驱动机构仅需对第一连杆少量做功抵消该摩擦力带来的能量损耗，确保第一连杆在每个运动周期内均能够达到第一位置与第二位置，保证载荷的摆动角度及摆动频率满足工作需求，即可实现载荷的长期低功耗往复摆动。
附图说明
18.本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
19.图1是根据一实施例的载荷往复摆动机构的立体图。
20.图2是根据一实施例的载荷往复摆动机构处于摆动状态的立体图，图中的第一连杆位于第二位置。
21.图3是根据一实施例的载荷往复摆动机构处于摆动状态的立体图，图中的第一连杆位于第一位置。
22.图4是根据一实施例的载荷往复摆动机构处于摆动状态的正视图。
23.图5是根据一实施例的载荷往复摆动机构处于摆动状态的侧视图。
24.图6是根据一实施例的连杆机构的俯视图，图中的第一连杆位于第一位置。
25.图7是根据一实施例的连杆机构的俯视图，图中的第一连杆位于第二位置。
26.图8是根据一实施例的连杆机构的立体图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
28.为解决现有技术中的载荷摆动机构采用动量轮系统来实现载荷摆动过程中卫星的整体平衡而存在的动量轮系统使用寿命短以及电机功耗较高等问题，本技术提出了一种可用于人造卫星的低功耗载荷往复摆动机构。
29.如图1至图8所示，卫星包括卫星本体8、载荷6以及载荷摆动机构，通过载荷摆动机构驱使载荷6相对卫星8进行往复摆动，载荷往复摆动机构包括连杆机构1、弹性件5、转盘2、摆动机构3以及驱动机构4，连杆机构1包括第一连杆11以及第二连杆12，第一连杆11可滑动的连接于第二连杆12上，并且第一连杆11相对第二连杆12可转动，弹性件5的一端设置有止挡件51，另一端与第一连杆11连接，转盘2与第二连杆12连接，摆动机构3包括第一摆臂311，转盘2可带动第一摆臂311摆动。
30.其中，驱动机构4可驱动第一连杆11直线运动，通过第二连杆12带动转盘2转动，通过摆动机构3带动载荷6摆动，第一连杆11具有第一位置以及第二位置，在第一位置时，第一连杆11在弹性件5的作用下具有朝向第二位置运动的趋势，在第二位置时，第一连杆11在弹性件5的作用下具有朝向第一位置运动的趋势。止挡件51与驱动机构4固定连接于卫星本体8上，卫星本体8上还固定设置有滑动杆9，第一连杆11通过滑动杆9可滑动的连接于卫星本体8上。
31.上述载荷往复摆动机构由主要连杆机构1和摆动机构3两部分组成，连杆机构1与摆动机构3通过转盘2相连，通过驱动机构4驱动连杆机构1在直线方向上运动，由与第一连杆11相连接的第二连杆12带动转盘2转动，将第一连杆11的直线运动转化为转盘2的转动，再由转盘2带动摆动机构3的第一摆臂311摆动，将转盘2的转动转化为摆臂311的摆动，进而能够实现载荷6的往复摆动。同时通过在连杆机构1中设置的弹性件5，可将连杆机构1中的能量在动能与弹性势能之间转化，使第一连杆11在直线方向上做往复运动。本文中摆臂或载荷的摆动指的是摆臂或载荷相对于卫星本体8进行的钟摆式运动，可参考图2及图3示出了载荷的摆动状态。
32.具体来说，第一连杆11的第一位置如图6所示，第二位置如图7所示，弹性件5可以是弹簧，驱动机构4可驱动第一连杆11朝向第一位置活动，由于止挡件51是不可活动的，第一连杆11将会逐渐压缩弹性件5，在弹性件5的压缩过程中，弹性件5会对第一连杆11施加逐渐增大的弹性力使第一连杆11具有朝向第二位置运动的趋势，直到第一连杆11活动至第一位置，此时第一连杆11将会在弹性力的作用下朝向第二位置活动，第一连杆11将会逐渐拉伸弹性件5，在弹性件5的拉伸过程中，弹性件5会对第一连杆11施加弹性力使其具有朝向第一位置活动的趋势，直到第一连杆11活动至第二位置，此时第一连杆11将会在弹性力的作用下再次朝向第一位置活动，如此借助第一连杆11的动能与弹性件5的弹性势能之间的转化来实现第一连杆11的周期性往复运动，进而带动载荷6进行往复摆动。通过对载荷往复摆
动机构中各部件的尺寸进行调节还可以实现载荷6摆动角度的调节。
33.由于空间环境下大气稀薄，并且载荷往复摆动机构中各部件的重力可忽略不计，第一连杆11在往复运动过程中的能量损耗主要来自于各部件之间的摩擦力，因此驱动机构4仅需对第一连杆11少量做功抵消该摩擦力带来的能量损耗，确保第一连杆11在每个运动周期内均能够达到第一位置与第二位置，保证载荷6的摆动角度及摆动频率满足工作需求，即可实现载荷6的长期低功耗往复摆动。驱动机构4还可以用于控制载荷往复摆动机构的启停以及载荷6的摆动频率，通过向第一连杆11施加初始的驱动力使载荷6开始进行往复运动，或是向第一连杆11施加阻力使载荷6停止运动，通过调节施加力的大小来控制第一连杆11的运动速度，进而调节载荷6的摆动频率。
34.参考图6至图8，在一个具体的实施方式中，第一连杆11具有第一连接孔111，第二连杆12具有滑动部123，滑动部123上设置有滑块124，滑块124在滑动部123上可滑动，连杆机构1还包括第一连接件13，第一连接件13穿过第一连接孔111与滑块124上的配合部配合连接，且第一连接件13在第一连接孔111内可转动，以使第一连杆11能够带动第二连杆12活动。
35.第一连接件13与滑块124的配合部可通过例如过盈配合等方式实现两者的固定连接，或是直接将第一连接件13放置在滑块124的配合部内，配合部可以是开设在滑块124靠近第一连接件13一侧的通孔或是沉孔等，只要在第一连杆11做直线运动的过程中，能够通过第一连接件13与配合部的配合使第一连接件13能够带动滑块124在第二连杆12的滑动部123上滑动，使第二连杆12随着第一连杆11的运动进行活动即可。
36.第二连杆12具有第二连接孔121与第三连接孔122，转盘2上设置有第二连接件21与第三连接件22，第二连接件21设置在转盘2的中心位置，第二连接件21与第三连接件22分别穿过第二连接孔121与第三连接孔122，且在第二连接孔121与第三连接孔122内可转动，以使第二连杆12能够带动转盘2转动。
37.在其它与图中所示不同的实施方式中，第二连杆与转盘也可以通过其它方式连接，例如可以不设置第三连接件22与第三连接孔122，第二连接件21与第二连接孔121采用过盈配合等方式实现两者的连接，只要在第一连杆带动第二连杆活动时第二连杆能够带动转盘进行转动即可。
38.在图8所示的实施方式中，驱动机构4包括驱动电机41、驱动转盘42以及驱动杆43，驱动电机41具有输出轴411，输出轴411的端部固定设置有驱动转盘42，驱动杆43的两端分别可转动的连接于驱动转盘42与第一连杆11上，以使驱动机构4能够带动第一连杆11朝向第一位置或是第二位置活动，以带动载荷6的往复摆动，或是使第一连杆11停止活动，以停止载荷6的往复摆动。
39.具体来说，驱动电机41的输出轴411可驱动驱动转盘42转动，驱动杆43连接在驱动转盘42的圆周处，以减小驱动第一连杆11活动所需施加的力，进一步降低驱动电机41的功耗，电机开启时，通过驱动转盘42的转动带动驱动杆43活动，由驱动杆43带动第一连杆11朝向第一位置或是第二位置活动，随后第一连杆11即可借助弹性件5实现往复运动，驱动电机41仅需对第一连杆11少量做功，抵消载荷往复摆动机构中各部件之间的摩擦力带来的能量损耗即可维持载荷往复摆动机构的长时间低功耗运行，实现载荷6的长期往复摆动。关闭驱动电机41可使第一连杆11停止活动，进而停止载荷6的摆动。此外还可以通过调节驱动电机
41输出轴411的转速等方式来调节第一连杆11的运动速度，进而调节载荷6的摆动频率。
40.参考图4及图5，在一个实施方式中，转盘2上设置有齿轮部23，齿轮部23设置在靠近摆动机构3的转盘2下部，连杆机构1设置在转盘2上部。摆动机构3包括第一齿轮312、第二齿轮322、第二摆臂321以及配重件7，第一齿轮312设置在第一摆臂311的一端，载荷6设置在第一摆臂311的另一端，通过齿轮部23与第一齿轮312的配合实现转盘2与第一摆臂311的传动连接，第二齿轮322设置在第二摆臂321的一端，配重件7设置在第二摆臂321的另一端，通过齿轮部23与第二齿轮322的配合实现转盘2与第二摆臂321的传动连接，其中，第一齿轮312与第二齿轮322相对设置，使转盘2带动配重件7朝向与载荷6相反的方向活动。
41.具体如图4所示，第一齿轮312与第二齿轮322位于转盘2直径方向上的两端，通过齿轮部23与转盘2传动连接，转盘2转动时可带动第一齿轮312与第二齿轮322朝向彼此相反的方向转动，进而通过摆臂带动配重件7与载荷6朝向彼此相反的方向摆动，其中第一齿轮312、第一摆臂311以及载荷6所在的一侧与第二齿轮322、第二摆臂321以及配重件7所在的另一侧在初始状态下质量与质心位置均一致，从而能够抵消工作状态下摆动机构3随转盘2的转动进行摆动时所产生的转动惯量。
42.在上述实施方式中，载荷往复摆动机构通过在摆动机构3中增设配重件7，并且使配重件7朝向与载荷6相反的方向活动，实现载荷6摆动过程中载荷往复摆动机构的整体系统平衡，而无需添加例如动量轮等额外装置来平衡或抵消整体系统的转动惯量，结构简单，该载荷往复摆动机构仅需驱动机构4少量做功以抵消部件之间的摩擦力造成的能量损耗，即可使大惯量载荷6长期往复摆动而整体系统的转动惯量几乎可以忽略不计，功耗需求低。
43.第一齿轮312与第二齿轮322均可以采用锥形齿轮，具体可参考图1，在该具体实施方式中，由于第一齿轮312以及第二齿轮322的转轴与齿轮部23的转轴垂直相交，与传统的柱形齿轮相比，采用锥形齿轮能够改变传动方向，保证传动连接的稳定性。
44.本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于卫星的载荷往复摆动机构，用于驱使载荷相对卫星进行摆动，其特征在于，包括：连杆机构，包括第一连杆以及第二连杆，所述第一连杆可滑动的连接于所述第二连杆上，并且所述第一连杆相对所述第二连杆可转动；弹性件，所述弹性件的一端设置有止挡件，另一端与所述第一连杆连接；转盘，与所述第二连杆连接；摆动机构，包括第一摆臂，所述转盘可带动所述第一摆臂摆动；以及驱动机构；其中，所述载荷连接于所述第一摆臂的端部，所述驱动机构可驱动所述第一连杆直线运动，进而通过所述第二连杆带动所述转盘转动，通过所述摆动机构带动所述载荷摆动；所述第一连杆具有第一位置以及第二位置，在所述第一位置时，所述第一连杆在所述弹性件的作用下具有朝向所述第二位置运动的趋势，在所述第二位置时，所述第一连杆在所述弹性件的作用下具有朝向所述第一位置运动的趋势。2.如权利要求1所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述第一连杆具有第一连接孔，所述第二连杆具有滑动部，所述滑动部上设置有滑块，所述滑块在所述滑动部上可滑动；所述连杆机构还包括第一连接件，所述第一连接件穿过所述第一连接孔与所述滑块上的配合部配合连接，并且所述第一连接件在所述第一连接孔内可转动。3.如权利要求2所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述第二连杆具有第二连接孔与第三连接孔，所述转盘上设置有第二连接件与第三连接件，所述第二连接件设置在所述转盘的中心位置，所述第二连接件与所述第三连接件分别穿过所述第二连接孔与所述第三连接孔，并且在所述第二连接孔与所述第三连接孔内可转动。4.如权利要求1所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、驱动转盘以及驱动杆，所述驱动电机具有输出轴，所述输出轴的端部固定设置有所述驱动转盘，所述驱动杆的两端分别可转动的连接于所述驱动转盘与所述第一连杆上。5.如权利要求1所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述转盘上设置有齿轮部，所述摆动机构包括第一齿轮，通过所述齿轮部与所述第一齿轮的配合实现所述转盘与所述第一摆臂的传动连接。6.如权利要求5所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述摆动机构还包括第二齿轮、第二摆臂以及配重件，所述配重件连接于所述第二摆臂的端部，通过所述齿轮部与所述第二齿轮的配合实现所述转盘与所述第二摆臂的传动连接；其中，所述第一齿轮与所述第二齿轮相对设置，使所述转盘带动所述配重件朝向与所述载荷相反的方向活动。7.如权利要求6所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，其特征在于，所述第一齿轮和/或所述第二齿轮采用锥形齿轮。8.一种卫星，包括卫星本体、载荷以及如权利要求1至7中任一项所述的用于卫星的载荷往复摆动机构，通过所述载荷摆动机构驱使所述载荷相对所述卫星进行往复摆动；其中，所述止挡件与所述驱动机构固定连接于所述卫星本体上，所述第一连杆可滑动的连接于所述卫星本体上。

技术总结
一种用于卫星的载荷往复摆动机构包括连杆机构、弹性件、转盘、摆动机构以及驱动机构，连杆机构包括第一连杆以及第二连杆，第一连杆可滑动的连接于第二连杆上，并且第一连杆相对第二连杆可转动，弹性件的一端设置有止挡件，另一端与第一连杆连接，转盘与第二连杆连接，摆动机构包括第一摆臂，转盘可带动第一摆臂摆动。其中，载荷连接于第一摆臂的端部，驱动机构可驱动第一连杆直线运动，进而通过第二连杆带动转盘转动，通过摆动机构带动载荷摆动。第一连杆具有第一位置以及第二位置，在第一位置时，第一连杆在弹性件的作用下具有朝向第二位置运动的趋势，在第二位置时，第一连杆在弹性件的作用下具有朝向第一位置运动的趋势。还提供一种卫星。供一种卫星。供一种卫星。


技术研发人员：尹增山 高宝光 郭崇滨
受保护的技术使用者：上海微小卫星工程中心
技术研发日：2023.01.19
技术公布日：2023/6/6