本發(fā)明屬于機(jī)械技術(shù)和自動(dòng)控制領(lǐng)域，涉及一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置及其控制方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的監(jiān)測(cè)和控制。

背景技術(shù)：

隨著航天事業(yè)的發(fā)展，航天器結(jié)構(gòu)趨于大型化，但又受到運(yùn)載火箭幾何空間的限制，因此可展收機(jī)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用。套接式展收機(jī)構(gòu)由于其活動(dòng)部位少，展開(kāi)到位鎖定后剛度高，受到了越來(lái)越多的關(guān)注。

傳統(tǒng)的套接式展收機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式質(zhì)量大并且在絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)引起機(jī)構(gòu)共振，對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，而采用繩索進(jìn)行驅(qū)動(dòng)不僅具有較輕的質(zhì)量并且能避免共振的發(fā)生。

但由于繩索的柔軟性，使得在展收過(guò)程中被動(dòng)繩索要么處于松弛狀態(tài)，可能會(huì)鉤掛到其它部件上造成繩索的損壞，要么被動(dòng)繩又過(guò)于張緊，進(jìn)而阻礙機(jī)構(gòu)正常運(yùn)動(dòng)；被動(dòng)繩索上的張力不能保持在一定合理的范圍內(nèi)，這極大的影響了套接式展收機(jī)構(gòu)的正常展收。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置及其控制方法，能夠?qū)崿F(xiàn)套接式展收機(jī)構(gòu)的展開(kāi)及收攏，并使得被動(dòng)繩的張力處于一定的范圍內(nèi)，既不松弛也不過(guò)于張緊，有利于機(jī)構(gòu)的順利展收。

所述的套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置，包括套接筒模塊、驅(qū)動(dòng)繩模塊、張緊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及控制模塊。

所述套接筒模塊由四個(gè)直徑不等的空心圓筒相互嵌套而成，從外向內(nèi)依次為第一級(jí)套接筒、第二級(jí)套接筒、第三級(jí)套接筒和第四級(jí)套接筒；各級(jí)套接筒通過(guò)鍵配合實(shí)現(xiàn)周向定位，通過(guò)套接筒上下端法蘭臺(tái)階實(shí)現(xiàn)軸向限位。在第一級(jí)套接筒、第二級(jí)套接筒和第三級(jí)套接筒的上部?jī)?nèi)側(cè)安裝有頂部線輪，在第二級(jí)套接筒、第三級(jí)套接筒和第四級(jí)套接筒的下部外側(cè)安裝有底部線輪；所述的頂部線輪和底部線輪用于安裝驅(qū)動(dòng)繩模塊。

所述驅(qū)動(dòng)繩模塊包括展開(kāi)繩和收攏繩；展開(kāi)繩依次穿過(guò)各級(jí)套接筒上的頂部線輪和底部線輪，在各級(jí)套接筒之間往復(fù)排布，且展開(kāi)繩兩端分別連接張緊模塊中的展開(kāi)繩張緊模塊；收攏繩一端與最內(nèi)層的第四級(jí)套接筒下端固定，另一端穿過(guò)第三級(jí)套接筒后連接張緊模塊中的收攏繩張緊模塊。

所述張緊模塊包括一套收攏繩張緊模塊和兩套對(duì)稱的展開(kāi)繩張緊模塊。

所述收攏繩張緊模塊位于第二級(jí)套接筒的底端中心位置，包括底座、支撐桿、收攏擺臂座、收攏角度傳感器、收攏傳感器座、收攏擺臂軸、收攏擺臂、收攏張緊扭簧、收攏線輪座和收攏線輪。

底座安裝在第二級(jí)套接筒下端，與第二級(jí)套接筒底面平行，并作為基礎(chǔ)安裝平臺(tái)；支撐桿垂直安裝于底座中心；收攏擺臂座安裝于底座上，位于支撐桿一側(cè)；收攏傳感器座與收攏擺臂座處于并列位置，固定在底座側(cè)面上，用于安放收攏角度傳感器；

在收攏擺臂座上通過(guò)軸承固定安裝收攏擺臂軸，收攏擺臂軸一端與收攏角度傳感器相連，另一端穿過(guò)收攏擺臂座與收攏擺臂固定相連；收攏擺臂傾斜于收攏擺臂座上方；

同時(shí)在收攏擺臂座上還安裝收攏張緊扭簧，收攏張緊扭簧一端固定安放在收攏擺臂座上，另一端插入收攏擺臂上的一端的孔內(nèi)；收攏擺臂的另一端通過(guò)軸承安裝收攏線輪座；收攏線輪座上用于安裝兩個(gè)周向有凹槽的收攏線輪，兩個(gè)線輪相切，由此使兩個(gè)凹槽間形成穿線通道；同時(shí)在支撐桿頂部、底座下表面中部也分別安裝有兩收攏線輪；

在展開(kāi)過(guò)程中，收攏張緊扭簧給收攏擺臂產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的扭矩，避免收攏繩由于松弛而鉤掛到其它部件上。收攏角度傳感器用于監(jiān)測(cè)收攏擺臂的擺動(dòng)角度，進(jìn)而反映出收攏繩的張緊程度，便于系統(tǒng)進(jìn)行張力控制。

收攏繩另一端首先穿過(guò)支撐桿頂部的兩收攏線輪間的穿線通道，再穿過(guò)收攏線輪座上的兩收攏線輪間穿線通道，最后穿過(guò)底座下表面中部的兩收攏線輪間的穿線通道與驅(qū)動(dòng)模塊相連。

兩套展開(kāi)繩張緊模塊對(duì)稱安裝在收攏繩張緊模塊的底座兩端；每個(gè)展開(kāi)繩張緊模塊均包括展開(kāi)擺臂座、展開(kāi)角度傳感器、展開(kāi)傳感器座、展開(kāi)擺臂軸、展開(kāi)擺臂、展開(kāi)張緊扭簧、展開(kāi)線輪座和展開(kāi)線輪。

展開(kāi)擺臂座安裝于底座下表面的一端；展開(kāi)傳感器座與展開(kāi)擺臂座處于并列位置，固定在底座下表面的另一端，用于安裝展開(kāi)角度傳感器；

展開(kāi)擺臂座上通過(guò)軸承安裝展開(kāi)擺臂軸，展開(kāi)擺臂軸一端與展開(kāi)角度傳感器相連，另一端穿過(guò)展開(kāi)擺臂座與展開(kāi)擺臂固定相連；展開(kāi)擺臂傾斜于展開(kāi)擺臂座下方；

同時(shí)在展開(kāi)擺臂座上安裝展開(kāi)張緊扭簧；展開(kāi)張緊扭簧一端插入展開(kāi)擺臂座上的孔內(nèi)，另一端插入展開(kāi)擺臂上一端的孔內(nèi)；展開(kāi)擺臂的另一端通過(guò)軸承安裝展開(kāi)線輪座；在展開(kāi)線輪座上安裝有兩個(gè)周向有凹槽的展開(kāi)線輪；兩個(gè)線輪周向相切，由此使兩個(gè)凹槽間形成穿線通道；同時(shí)在展開(kāi)擺臂座下部也安裝有一個(gè)展開(kāi)線輪；

在收攏過(guò)程中，兩個(gè)展開(kāi)張緊扭簧分別給展開(kāi)擺臂產(chǎn)生向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的扭矩，避免展開(kāi)繩由于松弛而鉤掛到其它部件上。展開(kāi)角度傳感器用于監(jiān)測(cè)展開(kāi)擺臂的擺動(dòng)角度，進(jìn)而反映出展開(kāi)繩的張緊程度，便于系統(tǒng)進(jìn)行張力控制。

展開(kāi)繩兩端分別穿過(guò)展開(kāi)擺臂座上的兩展開(kāi)線輪間的穿線通道，再通過(guò)展開(kāi)線輪座上的兩展開(kāi)線輪間的穿線通道與驅(qū)動(dòng)模塊相連。

所述驅(qū)動(dòng)模塊分為展開(kāi)驅(qū)動(dòng)模塊和收攏驅(qū)動(dòng)模塊兩部分；

展開(kāi)驅(qū)動(dòng)模塊包括展開(kāi)電機(jī)、左展開(kāi)支撐座、展開(kāi)繞線輥和右展開(kāi)支撐座；

展開(kāi)電機(jī)端面安裝于左展開(kāi)支撐座上，展開(kāi)電機(jī)輸出軸與展開(kāi)繞線輥通過(guò)鍵配合連接；展開(kāi)繞線輥兩端通過(guò)軸承分別安裝于左展開(kāi)支撐座與右展開(kāi)支撐座上；左展開(kāi)支撐座和右展開(kāi)支撐座分別固定安裝于驅(qū)動(dòng)底板上，驅(qū)動(dòng)底板固定安裝于第一級(jí)套接筒下端；展開(kāi)繩穿過(guò)左右兩端展開(kāi)線輪座上的穿線通道后分別纏繞在展開(kāi)繞線輥上。

收攏驅(qū)動(dòng)模塊包括收攏電機(jī)、左收攏支撐座、收攏繞線輥和右收攏支撐座；

收攏電機(jī)端面安裝于左收攏支撐座上，收攏電機(jī)輸出軸與收攏繞線輥通過(guò)鍵配合連接；收攏繞線輥兩端通過(guò)軸承分別安裝于左收攏支撐座與右收攏支撐座上，左收攏支撐座和右收攏支撐座分別固定安裝于驅(qū)動(dòng)底板上；收攏繩穿過(guò)底座下表面中部的穿線通道后纏繞在收攏繞線輥上。

控制模塊包括控制柜，到位開(kāi)關(guān)和上位機(jī)。

控制柜包括主控芯片，展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器和收攏驅(qū)動(dòng)器；上位機(jī)和到位開(kāi)關(guān)分別與主控芯片相連；主控芯片為整個(gè)控制模塊的核心，展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器和收攏驅(qū)動(dòng)器均與主控芯片相連，同時(shí)展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器連接展開(kāi)電機(jī)；收攏驅(qū)動(dòng)器連接收攏電機(jī)；當(dāng)展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器和收攏驅(qū)動(dòng)器接收到主控芯片的控制命令后控制相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行；主控芯片同時(shí)連接收攏角度傳感器和展開(kāi)角度傳感器，根據(jù)角度傳感器的信號(hào)值，調(diào)整展開(kāi)電機(jī)或收攏電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

到位開(kāi)關(guān)分別安裝在第四級(jí)套接筒末端和第一級(jí)套接筒頂端，并與主控芯片相連，當(dāng)套接筒完全展開(kāi)或者完全收攏時(shí)會(huì)觸動(dòng)相應(yīng)到位開(kāi)關(guān)，主控芯片接收到位信號(hào)后再進(jìn)行相應(yīng)控制；

所述的套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的控制方法，包括展開(kāi)過(guò)程和收攏過(guò)程兩部分，具體步驟如下：

針對(duì)展開(kāi)過(guò)程的控制方法，具體步驟如下：

步驟一、將套接筒模塊、驅(qū)動(dòng)繩模塊、張緊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及控制模塊分別上電初始化；

步驟二、分別設(shè)置展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)的初始速度，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；

展開(kāi)電機(jī)帶動(dòng)展開(kāi)繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上纏繞；同時(shí)，收攏電機(jī)帶動(dòng)收攏繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得收攏繩從收攏繞線輥上放卷。

步驟三、主控芯片實(shí)時(shí)接收收攏角度傳感器的值sd，判斷是否在sdmin≤sd≤sdmax范圍內(nèi)，如果是，進(jìn)入步驟五；否則，進(jìn)入步驟四；

sdmin是指收攏擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使收攏繩張力最小位置時(shí)收攏角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；sdmax是指收攏擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使收攏繩張力最大位置時(shí)收攏角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；

步驟四、判斷收攏角度傳感器值是否sd＞sdmax；如果是，增大收攏電機(jī)的速度，使得收攏擺臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，收攏角度傳感器值sd減少后，進(jìn)入步驟三；否則，停止收攏電機(jī)運(yùn)動(dòng)，隨著各級(jí)套接筒的展開(kāi)使得收攏角度傳感器值sd增大，進(jìn)入步驟三；

步驟五、維持收攏電機(jī)和展開(kāi)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變；

步驟六、判斷第四級(jí)套接筒末端的展開(kāi)到位開(kāi)關(guān)是否觸發(fā)，如果是，進(jìn)入步驟七；否則，返回步驟三；

步驟七、套接式展收機(jī)構(gòu)完全展開(kāi)到位，所有電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

針對(duì)收攏過(guò)程的控制方法，具體步驟如下：

步驟i、將套接筒模塊、驅(qū)動(dòng)繩模塊、張緊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及控制模塊分別上電初始化；

步驟ii、分別設(shè)置展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)的初始速度，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；

收攏電機(jī)帶動(dòng)收攏繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得收攏繩在收攏繞線輥上纏繞；同時(shí)，展開(kāi)電機(jī)帶動(dòng)展開(kāi)繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上放卷；

步驟iii、主控芯片實(shí)時(shí)接收展開(kāi)角度傳感器的值sud，判斷是否在sudmin≤sud≤sudmax范圍內(nèi)，如果是，進(jìn)入步驟v；否則，進(jìn)入步驟iv；

sudmin是指展開(kāi)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使展開(kāi)繩張力最小位置時(shí)展開(kāi)角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；sudmax是指展開(kāi)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使展開(kāi)繩張力最大位置時(shí)展開(kāi)角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；

步驟iv、判斷展開(kāi)角度傳感器值是否sud＞sudmax；如果是，增大展開(kāi)電機(jī)的速度，使得展開(kāi)擺臂向上轉(zhuǎn)動(dòng)，展開(kāi)角度傳感器值sud減少后，進(jìn)入步驟iii；否則，停止展開(kāi)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，隨著各級(jí)套接筒的收攏使得展開(kāi)角度傳感器值sud增大，進(jìn)入步驟iii；

步驟v、維持展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)轉(zhuǎn)速不變；

步驟vi、判斷第一級(jí)套接筒頂端的收攏到位開(kāi)關(guān)是否觸發(fā)，如果是，進(jìn)入步驟vii；否則，返回步驟iii；

步驟vii、套接式展收機(jī)構(gòu)完全收攏到位，所有電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：

1、一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置，通過(guò)開(kāi)發(fā)一套繩驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)套接式展收機(jī)構(gòu)的可靠展開(kāi)及收攏，并減少了整體重量。

2、一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置，在展開(kāi)和收攏時(shí)可使被動(dòng)繩始終保持一定的張力，避免被動(dòng)繩由于松弛而鉤掛到其它部件上，同時(shí)也能防止被動(dòng)繩上張力過(guò)大阻礙機(jī)構(gòu)正常運(yùn)動(dòng)。

3、一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的控制方法，能夠?qū)φ故諜C(jī)構(gòu)所有動(dòng)作進(jìn)行控制并監(jiān)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，且能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在上位機(jī)中，操作簡(jiǎn)單。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的整體示意圖；

圖2為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置中張緊模塊整體示意圖；

圖3為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置中收攏繩張緊裝置局部放大圖；

圖4為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置中展開(kāi)繩張緊裝置局部放大圖；

圖5為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置中控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的展開(kāi)過(guò)程示意圖；

圖7為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置控制展開(kāi)過(guò)程的方法流程圖；

圖8為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的收攏過(guò)程示意圖；

圖9為本發(fā)明套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置控制收攏過(guò)程的方法流程圖。

圖中：

1-套接筒模塊101-第一級(jí)套接筒102-第二級(jí)套接筒

103-第三級(jí)套接筒104-第四級(jí)套接筒105-頂部線輪

106-底部線輪2-驅(qū)動(dòng)繩模塊201-展開(kāi)繩

202-收攏繩3-收攏繩張緊模塊301-底座

302-支撐桿303-收攏擺臂座304-收攏角度傳感器

305-收攏傳感器座306-收攏擺臂軸307-收攏擺臂

308-收攏張緊扭簧309-收攏線輪座310-收攏線輪

4-展開(kāi)繩張緊模塊401-展開(kāi)擺臂座402-展開(kāi)角度傳感器

403-展開(kāi)傳感器座404-展開(kāi)擺臂軸405-展開(kāi)擺臂

406-展開(kāi)張緊扭簧407-展開(kāi)線輪座408-展開(kāi)線輪

5-驅(qū)動(dòng)模塊501-展開(kāi)電機(jī)502-左展開(kāi)支撐座

503-展開(kāi)繞線輥504-右展開(kāi)支撐座505-收攏電機(jī)

506-左收攏支撐座507-收攏繞線輥508-右收攏支撐座

509-驅(qū)動(dòng)底板

具體實(shí)施例

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明公開(kāi)了一種套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置，包括展開(kāi)驅(qū)動(dòng)裝置和收攏驅(qū)動(dòng)裝置兩部分，主動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩索在繞線輥上纏繞進(jìn)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，被動(dòng)繩索在繞線輥上放卷，在展開(kāi)和收攏時(shí)可使被動(dòng)繩始終保持一定的張力，避免被動(dòng)繩由于松弛而鉤掛到其它部件上，同時(shí)也能防止被動(dòng)繩上張力過(guò)大成為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)阻力。本發(fā)明還公開(kāi)了一套控制方法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)展開(kāi)繩及收攏繩的張緊狀態(tài)，并對(duì)展開(kāi)驅(qū)動(dòng)裝置及收攏驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行控制。

所述的套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置，如圖1所示，包括套接筒模塊1、驅(qū)動(dòng)繩模塊2、收攏繩張緊模塊3、展開(kāi)繩張緊模塊4、驅(qū)動(dòng)模塊5以及控制模塊。

所述套接筒模塊1由四個(gè)直徑不等的空心圓筒相互嵌套而成，從外向內(nèi)依次為第一級(jí)套接筒101、第二級(jí)套接筒102、第三級(jí)套接筒103和第四級(jí)套接筒104；各級(jí)套接筒通過(guò)鍵配合實(shí)現(xiàn)周向定位，通過(guò)套接筒上下端法蘭臺(tái)階實(shí)現(xiàn)軸向限位。各級(jí)套接筒可以沿軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)展收功能；當(dāng)各級(jí)套接筒運(yùn)動(dòng)到下端法蘭臺(tái)階與相鄰?fù)鈱犹捉油采隙朔ㄌm臺(tái)階接觸限位時(shí)，套接筒即為完全展開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)各級(jí)套接筒運(yùn)動(dòng)到上端法蘭臺(tái)階與相鄰?fù)鈱犹捉油采隙朔ㄌm臺(tái)階接觸限位時(shí)，套接筒即為完全收攏狀態(tài)。

在第一級(jí)套接筒101、第二級(jí)套接筒102和第三級(jí)套接筒103的上部?jī)?nèi)側(cè)安裝有頂部線輪105，在第二級(jí)套接筒102、第三級(jí)套接筒103和第四級(jí)套接筒104的下部安裝有底部線輪106；所述的頂部線輪105和底部線輪106用于安裝驅(qū)動(dòng)繩模塊2。

所述驅(qū)動(dòng)繩模塊2包括展開(kāi)繩201和收攏繩202，通過(guò)展開(kāi)繩201可以使得相互嵌套的各級(jí)套接筒展開(kāi)，通過(guò)收攏繩202拉著各級(jí)套接筒收攏；展開(kāi)繩201依次穿過(guò)各級(jí)套接筒上的頂部線輪105和底部線輪106，在各級(jí)套接筒之間往復(fù)排布，且穿過(guò)第一級(jí)套接筒101頂部線輪105的兩條展開(kāi)繩201分別連接張緊模塊中的展開(kāi)繩張緊模塊4；收攏繩202一端與最內(nèi)層的第四級(jí)套接筒104下端固定相連，另一端穿過(guò)第三級(jí)套接筒103后并連接張緊模塊中的收攏繩張緊模塊3。

套接筒展開(kāi)過(guò)程中，展開(kāi)繩201為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩，通過(guò)拉拽展開(kāi)繩201使其在各級(jí)套接筒間的長(zhǎng)度變短，即可驅(qū)動(dòng)套接筒沿軸向展開(kāi)，此時(shí)收攏繩202為被動(dòng)釋放繩，其在各級(jí)套接筒間的長(zhǎng)度變長(zhǎng)；套接筒收攏過(guò)程中，收攏繩202為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩，通過(guò)拉拽收攏繩202使其在各級(jí)套接筒間的長(zhǎng)度變短，即可驅(qū)動(dòng)套接筒沿軸向收攏，此時(shí)展開(kāi)繩201為被動(dòng)釋放繩，其在各級(jí)套接筒間的長(zhǎng)度變長(zhǎng)；由此即可通過(guò)展開(kāi)繩201和收攏繩202的作用使得套接筒沿軸向展開(kāi)和收攏。

所述張緊模塊使得處于被動(dòng)狀態(tài)的繩索始終保持一定的張力，避免被動(dòng)繩處于松弛狀態(tài)；包括一套收攏繩張緊模塊3和兩套對(duì)稱的展開(kāi)繩張緊模塊4。

如圖2所示和圖3所示，所述收攏繩張緊模塊3位于第二級(jí)套接筒102的底端中心位置，包括底座301、支撐桿302、收攏擺臂座303、收攏角度傳感器304、收攏傳感器座305、收攏擺臂軸306、收攏擺臂307、收攏張緊扭簧308、收攏線輪座309和收攏線輪310。

底座301安裝在第二級(jí)套接筒102下端，與第二級(jí)套接筒102底面平行，并作為各部分的安裝平臺(tái)；支撐桿302垂直安裝于底座301中部位置；收攏擺臂座303安裝于底座301上，位于支撐桿302一側(cè)；收攏傳感器座305與收攏擺臂座303處于并列位置，收攏傳感器座305與底座301側(cè)面通過(guò)螺釘相連，用于安放收攏角度傳感器304；

收攏擺臂座303上通過(guò)軸承固定安裝收攏擺臂軸306，收攏擺臂軸306一端與收攏角度傳感器304相連，另一端穿過(guò)收攏擺臂座305上的通孔與收攏擺臂307固定相連；收攏擺臂307傾斜于收攏擺臂座305上方；收攏擺臂軸306和收攏擺臂307共同轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度可由與收攏擺臂軸306相連的收攏角度傳感器304測(cè)得；

安裝收攏擺臂座305的兩個(gè)通孔座之間卡有收攏張緊扭簧308，收攏張緊扭簧308一端安放在收攏擺臂座303上，另一端插入收攏擺臂307上一端的孔內(nèi)，則在收攏張緊扭簧308扭矩的作用下，收攏擺臂307有向遠(yuǎn)離支撐桿302方向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)；收攏擺臂307的另一端通過(guò)軸承安裝收攏線輪座309；收攏線輪座309繞其自由轉(zhuǎn)動(dòng)；收攏線輪座309上用于安裝兩個(gè)周向有凹槽的收攏線輪310，兩個(gè)線輪相切并可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，由此使兩個(gè)凹槽間形成穿線通道；同時(shí)在支撐桿302頂部、底座301下表面中部也分別安裝有兩收攏線輪310；

與第四級(jí)套接筒104下端相連的收攏繩202通過(guò)支撐桿302頂部?jī)墒諗n線輪310間的穿線通道，再穿過(guò)收攏線輪座309上兩收攏線輪310間，最后通過(guò)底座301下表面中部的兩收攏線輪310間的穿線通道與驅(qū)動(dòng)模塊5相連；

收攏繩202上拉力較大時(shí)，帶動(dòng)收攏擺臂307向靠近支撐桿302方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)收攏繩202長(zhǎng)度變長(zhǎng)處于松弛狀態(tài)時(shí)，收攏張緊扭簧308給收攏擺臂307產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻呐ぞ兀諗n擺臂307在收攏張緊扭簧308的作用下向遠(yuǎn)離支撐桿302方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可使得收攏繩202再次張緊,避免收攏繩由于松弛而鉤掛到其它部件上。

如圖2和圖4所示，兩套展開(kāi)繩張緊模塊4對(duì)稱安裝在收攏繩張緊模塊3的底座301兩端；每個(gè)展開(kāi)繩張緊模塊4均包括展開(kāi)擺臂座401、展開(kāi)角度傳感器402、展開(kāi)傳感器座403、展開(kāi)擺臂軸404、展開(kāi)擺臂405、展開(kāi)張緊扭簧406、展開(kāi)線輪座407和展開(kāi)線輪408。

展開(kāi)擺臂座401安裝于底座301下表面的一側(cè)；展開(kāi)傳感器座403與展開(kāi)擺臂座401處于并列位置，固定在底座301下表面的另一側(cè)，用于安裝展開(kāi)角度傳感器402；

展開(kāi)擺臂軸404通過(guò)軸承安裝于展開(kāi)擺臂座401上，展開(kāi)擺臂軸404一端與展開(kāi)角度傳感器402相連，展開(kāi)擺臂軸404另一端與展開(kāi)擺臂405固定相連，展開(kāi)擺臂405傾斜于展開(kāi)擺臂座401下方；則展開(kāi)擺臂軸404和展開(kāi)擺臂405共同轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度可由與展開(kāi)擺臂軸404相連的展開(kāi)角度傳感器402測(cè)得；

在展開(kāi)擺臂座401上安裝展開(kāi)張緊扭簧406，展開(kāi)張緊扭簧406一端插入展開(kāi)擺臂座401上的孔內(nèi)，另一端插入展開(kāi)擺臂405上一端的孔內(nèi)，則在展開(kāi)張緊扭簧406扭矩的作用下，展開(kāi)擺臂405有向靠近底座301方向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)；展開(kāi)線輪座407通過(guò)軸承安裝于展開(kāi)擺臂405末端，可以繞其自由轉(zhuǎn)動(dòng)；在展開(kāi)線輪座407上安裝有兩個(gè)周向相切并有凹槽的展開(kāi)線輪408，由此使兩個(gè)凹槽間形成穿線通道；在展開(kāi)擺臂座401下部也安裝有一個(gè)展開(kāi)線輪408；第一級(jí)套接筒101內(nèi)側(cè)的展開(kāi)繩201穿過(guò)展開(kāi)擺臂座401上展開(kāi)線輪408的凹槽，再通過(guò)展開(kāi)線輪座407上兩展開(kāi)線輪408間的穿線通道與驅(qū)動(dòng)模塊5相連；

展開(kāi)繩201上拉力較大時(shí)，帶動(dòng)展開(kāi)擺臂405向遠(yuǎn)離底座301方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)展開(kāi)繩201長(zhǎng)度變長(zhǎng)處于松弛狀態(tài)時(shí)，展開(kāi)擺臂405在展開(kāi)張緊扭簧406的作用下向靠近底座301方向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可使得展開(kāi)繩201再次張緊。

所述驅(qū)動(dòng)模塊5分為展開(kāi)驅(qū)動(dòng)模塊和收攏驅(qū)動(dòng)模塊兩部分。

如圖1所示，展開(kāi)驅(qū)動(dòng)模塊包括展開(kāi)電機(jī)501、左展開(kāi)支撐座502、展開(kāi)繞線輥503和右展開(kāi)支撐座504；

展開(kāi)電機(jī)501端面安裝于左展開(kāi)支撐座502上，展開(kāi)電機(jī)501輸出軸與展開(kāi)繞線輥503通過(guò)鍵配合連接；展開(kāi)繞線輥503兩端通過(guò)軸承分別安裝于左展開(kāi)支撐座502與右展開(kāi)支撐座504上；左展開(kāi)支撐座502和右展開(kāi)支撐座504均固定安裝于驅(qū)動(dòng)底板509上，驅(qū)動(dòng)底板509安裝于第一級(jí)套接筒101下端；展開(kāi)繩201穿過(guò)左右兩端展開(kāi)張緊模塊4上的展開(kāi)線輪408上的穿線通道后分別纏繞在展開(kāi)繞線輥503上。

在展開(kāi)電機(jī)501的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)展收機(jī)構(gòu)展開(kāi)時(shí)，展開(kāi)繞線輥503正轉(zhuǎn)使得展開(kāi)繩201在其上纏繞，當(dāng)展收機(jī)構(gòu)收攏時(shí)，使得展開(kāi)繩201在其上放卷。

收攏驅(qū)動(dòng)模塊包括收攏電機(jī)505、左收攏支撐座506、收攏繞線輥507和右收攏支撐座508；收攏電機(jī)505端面安裝于左展收攏支撐座506上，收攏電機(jī)505輸出軸與收攏繞線輥507通過(guò)鍵配合連接；收攏繞線輥507兩端通過(guò)軸承分別安裝于左收攏支撐座506與右收攏支撐座508上，左收攏支撐座506和右收攏支撐座508均安裝于驅(qū)動(dòng)底板509上；收攏繩202穿過(guò)收攏張緊模塊3中兩收攏線輪間310的穿線通道后纏繞在收攏繞線輥507上；

在收攏電機(jī)505的驅(qū)動(dòng)下，當(dāng)展收機(jī)構(gòu)收攏時(shí)，收攏繞線輥507正轉(zhuǎn)使得收攏繩202在其上纏繞，當(dāng)展收機(jī)構(gòu)展開(kāi)時(shí)，使得收攏繩202在其上放卷。

控制模塊如圖5所示，包括控制柜、到位開(kāi)關(guān)和上位機(jī)；

所述控制柜包括主控芯片、顯示屏、操控面板、展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器和收攏驅(qū)動(dòng)器；主控芯片為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，顯示屏、操控面板、展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器、收攏驅(qū)動(dòng)器均與主控芯片相連；上位機(jī)和到位開(kāi)關(guān)分別與主控芯片相連；

顯示屏實(shí)時(shí)顯示控制系統(tǒng)信息，包括電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、角度傳感器狀態(tài)、展開(kāi)及收攏到位信息；

操作面板包含一系列按鈕和旋鈕，可以向主控芯片發(fā)送控制命令；

展開(kāi)驅(qū)動(dòng)器、收攏驅(qū)動(dòng)器與機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)的展開(kāi)電機(jī)、收攏電機(jī)分別相連，接收到主控芯片的控制命令后控制相應(yīng)電機(jī)運(yùn)行。

在第四級(jí)套接筒104末端和第一級(jí)套接筒101頂端均安裝有到位開(kāi)關(guān)，并與控制柜中主控芯片相連，當(dāng)套接筒完全展開(kāi)或者完全收攏時(shí)會(huì)觸動(dòng)相應(yīng)到位開(kāi)關(guān)，主控芯片接收到位信號(hào)后再進(jìn)行相應(yīng)控制；

上位機(jī)與控制柜中主控芯片相連；系統(tǒng)工作時(shí)，采集電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、到位信號(hào)、角度傳感器狀態(tài)等控制系統(tǒng)信息，并進(jìn)行存儲(chǔ)，便于后續(xù)進(jìn)行分析與數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明所述的套接式展收機(jī)構(gòu)繩驅(qū)動(dòng)張緊裝置的控制方法，包括展開(kāi)過(guò)程和收攏過(guò)程兩部分，能夠使得套接式展收機(jī)構(gòu)在展開(kāi)和收攏過(guò)程中，放卷的被動(dòng)繩始終處于張緊狀態(tài)，繩上的張力維持在一定的范圍內(nèi)。

套接式展收機(jī)構(gòu)展開(kāi)過(guò)程中，展開(kāi)繞線輥503在展開(kāi)電機(jī)501的驅(qū)動(dòng)下使得展開(kāi)繩201在展開(kāi)繞線輥503上纏繞，則展開(kāi)繩201始終處于張緊的狀態(tài)，如圖6所示。而由于展開(kāi)過(guò)程中收攏繩202長(zhǎng)度變長(zhǎng)，因此需要收攏繩202在收攏繞線輥507上放卷，隨著收攏繩202長(zhǎng)度的變化，收攏擺臂307會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)放卷速度過(guò)慢導(dǎo)致收攏繩202長(zhǎng)度增大量小于套接筒展開(kāi)的伸長(zhǎng)量時(shí)，收攏擺臂307會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置后，若不加快收攏繩202的放卷速度，則收攏繩會(huì)成為阻礙機(jī)構(gòu)展開(kāi)的阻力；反之，當(dāng)放卷速度過(guò)快導(dǎo)致收攏繩202長(zhǎng)度增大量大于套接筒展開(kāi)的伸長(zhǎng)量時(shí)，在扭簧扭矩的作用下收攏擺臂307會(huì)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使得繩索處于張緊狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置后，若不減慢收攏繩202的放卷速度，則無(wú)法繼續(xù)使得繩索處于張緊狀態(tài)，繩索可能鉤掛到其它地方導(dǎo)致斷裂；因此需要控制收攏繞線輥507的放卷速度，使得收攏繩202始終處于張緊的狀態(tài)，其上的張力保持在一定的范圍內(nèi)。如圖6所示，通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定得到收攏擺臂307的上下極限位置dmin和dmax，當(dāng)收攏擺臂307在這兩個(gè)極限位置之間擺動(dòng)時(shí)，收攏繩202既不太短成為運(yùn)動(dòng)阻力，又不會(huì)太長(zhǎng)發(fā)生鉤掛。收攏擺臂307的轉(zhuǎn)動(dòng)位置可通過(guò)收攏角度傳感器304進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收攏擺臂307的上下極限位置，分別對(duì)應(yīng)角度傳感器值sdmin和sdmax，即當(dāng)監(jiān)測(cè)得到的角度傳感器值sd在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)說(shuō)明擺臂也在上下極限位置之間。

展開(kāi)過(guò)程如圖7所示，具體步驟如下：

步驟一、將套接筒模塊、驅(qū)動(dòng)繩模塊、張緊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及控制模塊分別上電初始化；

步驟二、分別設(shè)置展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)的初始速度，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；

展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)的初始速度分別設(shè)置為v和0.5v；

展開(kāi)電機(jī)帶動(dòng)展開(kāi)繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上纏繞；同時(shí)，收攏電機(jī)帶動(dòng)收攏繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得收攏繩從收攏繞線輥上放卷。

當(dāng)展開(kāi)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置時(shí)，展開(kāi)電機(jī)速度不變，收攏電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)收攏繞線輥放卷，隨著套接筒的展開(kāi)以及收攏繩長(zhǎng)度的變化，收攏擺臂隨之?dāng)[動(dòng)；在展開(kāi)繩的作用下，各級(jí)套接筒沿軸向伸展展開(kāi)；

步驟三、主控芯片實(shí)時(shí)接收收攏角度傳感器的值sd，判斷是否在sdmin≤sd≤sdmax范圍內(nèi)，如果是，進(jìn)入步驟五；否則，進(jìn)入步驟四；

sdmin是指收攏擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使收攏繩張力最小位置時(shí)收攏角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；sdmax是指收攏擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使收攏繩張力最大位置時(shí)收攏角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；

步驟四、判斷收攏角度傳感器值是否sd＞sdmax；如果是，增大收攏電機(jī)的速度，使得收攏擺臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，收攏角度傳感器值sd減少后，進(jìn)入步驟三；否則，停止收攏電機(jī)運(yùn)動(dòng)，隨著各級(jí)套接筒的展開(kāi)使得收攏角度傳感器值sd增大，進(jìn)入步驟三；

增大收攏電機(jī)的速度為1.5v；收攏繩在收攏繞線輥上的放卷速度增大，進(jìn)而使得收攏擺臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，收攏角度傳感器值sd減少；

收攏電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，收攏繩在收攏繞線輥上停止放卷，進(jìn)而使得收攏擺臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，收攏角度傳感器值sd增大；

步驟五、維持收攏電機(jī)和展開(kāi)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變；

步驟六、判斷第四級(jí)套接筒末端的展開(kāi)到位開(kāi)關(guān)是否觸發(fā)，如果是，進(jìn)入步驟七；否則，返回步驟三；

步驟七、套接式展收機(jī)構(gòu)完全展開(kāi)到位，所有電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

針對(duì)收攏過(guò)程的控制方法，套接式展收機(jī)構(gòu)收攏過(guò)程中，收攏繞線輥507在收攏電機(jī)505的驅(qū)動(dòng)下使得收攏繩202在收攏繞線輥507上纏繞，則收攏繩202始終處于張緊的狀態(tài)，如圖8所示。而由于收攏過(guò)程中展開(kāi)繩201長(zhǎng)度變長(zhǎng)，因此需要展開(kāi)繩201在展開(kāi)繞線輥503上放卷，隨著展開(kāi)繩201長(zhǎng)度的變化，展開(kāi)擺臂405會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)放卷速度過(guò)慢導(dǎo)致展開(kāi)繩201長(zhǎng)度增大量小于套接筒收攏的伸長(zhǎng)量時(shí)，展開(kāi)擺臂405會(huì)朝著遠(yuǎn)離底座301的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置后，若不加快展開(kāi)繩201的放卷速度，則展開(kāi)繩會(huì)成為阻礙機(jī)構(gòu)收攏的阻力；反之，當(dāng)放卷速度過(guò)快導(dǎo)致展開(kāi)繩201長(zhǎng)度增大量大于套接筒收攏的伸長(zhǎng)量時(shí)，在扭簧扭矩的作用下展開(kāi)擺臂405會(huì)朝著靠近底座301的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得繩索處于張緊狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置后，若不減慢展開(kāi)繩201的放卷速度，則無(wú)法繼續(xù)使得繩索處于張緊狀態(tài)，繩索可能鉤掛到其它地方導(dǎo)致斷裂；因此需要控制展開(kāi)繞線輥503的放卷速度，使得展開(kāi)繩201始終處于張緊的狀態(tài)，其上的張力保持在一定的范圍內(nèi)。

如圖8所示，通過(guò)試驗(yàn)標(biāo)定得到展開(kāi)擺臂405的上下極限位置udmin和udmax，當(dāng)展開(kāi)擺臂405在這兩個(gè)極限位置之間擺動(dòng)時(shí)，展開(kāi)繩201既不太短成為運(yùn)動(dòng)阻力，又不會(huì)太長(zhǎng)發(fā)生鉤掛。展開(kāi)擺臂405的轉(zhuǎn)動(dòng)位置可通過(guò)展開(kāi)角度傳感器402進(jìn)行監(jiān)測(cè)，展開(kāi)擺臂405的上下極限位置udmin和udmax分別對(duì)應(yīng)角度傳感器值sudmin和sudmax，即當(dāng)監(jiān)測(cè)得到的角度傳感器值sud在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)說(shuō)明擺臂也在上下極限位置之間。

如圖9所示，具體步驟如下：

步驟i、將套接筒模塊、驅(qū)動(dòng)繩模塊、張緊模塊、驅(qū)動(dòng)模塊以及控制模塊分別上電初始化；

步驟ii、分別設(shè)置展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)的初始速度，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)；

設(shè)置展開(kāi)、收攏電機(jī)分別以速度v、0.5v開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，收攏電機(jī)帶動(dòng)收攏繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得收攏繩在收攏繞線輥上纏繞；在收攏繩的作用下，收攏擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到極限位置；同時(shí)，展開(kāi)電機(jī)帶動(dòng)展開(kāi)繞線輥轉(zhuǎn)動(dòng)，使得展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上放卷；隨著套接筒的收攏以及展開(kāi)繩長(zhǎng)度的變化，展開(kāi)擺臂隨之?dāng)[動(dòng)；在收攏繩的作用下，各級(jí)套接筒沿軸向收攏；

步驟iii、主控芯片實(shí)時(shí)接收展開(kāi)角度傳感器的值sud，判斷是否在sudmin≤sud≤sudmax范圍內(nèi)，如果是，進(jìn)入步驟v；否則，進(jìn)入步驟iv；

sudmin是指展開(kāi)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使展開(kāi)繩張力最小位置時(shí)展開(kāi)角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；sudmax是指展開(kāi)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)到使展開(kāi)繩張力最大位置時(shí)展開(kāi)角度傳感器對(duì)應(yīng)的極限值；

步驟iv、判斷展開(kāi)角度傳感器值是否sud＞sudmax；如果是，增大展開(kāi)電機(jī)的速度，使得展開(kāi)擺臂向上轉(zhuǎn)動(dòng)，展開(kāi)角度傳感器值sud減少后，進(jìn)入步驟iii；否則，停止展開(kāi)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，隨著各級(jí)套接筒的收攏使得展開(kāi)角度傳感器值sud增大，進(jìn)入步驟iii；

設(shè)置展開(kāi)電機(jī)以速度1.5v運(yùn)動(dòng)，隨著展開(kāi)電機(jī)速度的增大，展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上的放卷速度增大，進(jìn)而使得展開(kāi)擺臂朝著展開(kāi)角度傳感器值sud減少的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

如果展開(kāi)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)展開(kāi)繩在展開(kāi)繞線輥上停止放卷，進(jìn)而使得展開(kāi)擺臂朝著展開(kāi)角度傳感器值sud增大的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟v、維持展開(kāi)電機(jī)和收攏電機(jī)轉(zhuǎn)速不變；

步驟vi、判斷第一級(jí)套接筒頂端的收攏到位開(kāi)關(guān)是否觸發(fā)，如果是，進(jìn)入步驟vii；否則，返回步驟iii；

步驟vii、套接式展收機(jī)構(gòu)完全收攏到位，所有電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。

此套接式展收機(jī)構(gòu)可應(yīng)用在航天領(lǐng)域，用于可折疊太陽(yáng)翼的展開(kāi)和收攏。在發(fā)射過(guò)程中收攏為較小面積便于存儲(chǔ)在運(yùn)載火箭中；進(jìn)入太空后，可以展開(kāi)成較大的面積。