本發明涉及在軌制造，尤其涉及一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構。

背景技術：

1、在軌制造指在目標軌道或者地外天體上，利用攜帶的原材料或者就地取材，由制造設備通過加工制造零部件等。在過去的近半個多世紀，受限于多方面的因素，在軌制造發展緩慢，目前多數仍處于實驗室研究和測試階段。然而，隨著信息、材料、自動化和快速成型等技術的高速發展，太空制造技術取得了突破性進展。如在軌制超大型空間結構及多功能系統組件、在軌3d打印等。太空制造技術對未來載人航天、在軌服務以及深空探測等任務的部署思路具有深遠影響。

2、在軌制造和組裝技術可以實現公里級甚至更大規模的空間結構建造，是一項改變航天器研制模式的顛覆性技術。金屬管件是實現空間超大型結構建造的基本單元。通過在空間部署小型化的金屬管件制造裝備，以進行金屬帶材的纏繞，是一個具有極強可行性的技術路線，而目前的在軌制造的金屬管件制造設備普遍只能生產單一口徑的金屬管件，故有必要展開對于變口徑金屬管件制造設備的設計。

技術實現思路

1、本發明提供一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，解決了傳統收納裝置在微重力環境下易發生帶材滑脫和只能生產單一口徑的金屬管件的技術問題。

2、為解決上述技術問題，本發明提供的一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，包括成型角調節裝置、底板、帶材收納裝置和帶材定位裝置，在各機構連接處采用磁流變液鎖緊機構，維修時通過施加磁場使磁流變液液化，實現維修時徒手拆卸；在機構的控制系統中增加深度學習模塊，通過歷史數據訓練生成關聯模型，并搭載星載邊緣計算芯片，實現離線工況下的實施參數預測；

3、所述成型角調節裝置包括扇形齒輪、滑輪、矩形架和軸承套；所述扇形齒輪和軸承套分別固定安裝在矩形架的兩側，所述扇形齒輪與底板傳動連接，所述軸承套與底板轉動連接；

4、所述帶材收納裝置包括安裝架、頂塊、轉桿機構和張緊機構；所述安裝架固定安裝在底板上，所述轉桿機構設置在安裝架上，所述張緊機構設置在轉桿機構上，通過調節頂塊的位置實現帶材夾持固定和張緊機構口徑的變化；

5、所述帶材定位裝置包括一對平行設置的安裝板、第一驅動裝置、左右限位輪和上下限位輥；所述上下限位輥與第一驅動裝置傳動連接，所述左右限位輪和上下限位輥均設置在安裝板上，所述安裝板和第一驅動裝置設置在底板上。

6、在一些實施例中，所述底板包括地臺和第二驅動裝置，所述第二驅動裝置設置在地臺的一側，所述地臺的另一側設有凸臺，所述凸臺的上方固定安裝有旋轉軸，所述旋轉軸通過軸承與軸承套轉動連接；

7、所述第二驅動裝置包括第二安裝臺、成型角調節電機和第二主動齒輪，所述第二安裝臺固定安裝在地臺的頂部，所述成型角調節電機固定安裝在第二安裝臺的頂部，所述第二主動齒輪固定套裝在成型角調節電機的輸出端，所述第二主動齒輪與扇形齒輪嚙合傳動。

8、在一些實施例中，所述地臺的頂部固定安裝有滑軌，所述矩形架的底部轉動安裝有滑輪，所述滑輪與滑軌活動連接，滑軌的圓心與扇形齒輪回轉中心重合。

9、在一些實施例中，所述安裝架包括一對對稱安裝的收納機架，所述收納機架固定安裝在底板上，所述收納機架的中部通過軸承安裝有收納軸；

10、所述轉桿機構包括固定套，所述固定套固定套裝在收納軸的表面，所述固定套側面通過彈簧伸縮桿連接有活動套，所述固定套的表面轉動連接有相互平行且等長的固定轉桿，所述活動套的表面轉動連接有活動轉桿，所述活動轉桿與固定轉桿等長，所述固定轉桿和活動轉桿的一端均與張緊機構活動連接，所述活動套的側面與頂塊的側面相貼合。

11、在一些實施例中，所述張緊機構包括上張緊塊、下張緊塊和張緊彈簧，所述下張緊塊與固定轉桿和活動轉桿的一端連接，所述收納軸固定安裝有圓形擋板，所述張緊彈簧設置在圓形擋板上，所述上張緊塊設置在張緊彈簧的一端，所述下張緊塊與上張緊塊通過張緊彈簧相貼合。

12、在一些實施例中，所述頂塊通過螺栓或螺紋與收納軸連接，所述頂塊沿收納軸的軸向移動通過轉桿機構轉化為下張緊塊的徑向運動。

13、在一些實施例中，所述上下限位輥包括第一限位輥、第二限位輥、從動軸和主動軸，所述第一限位輥固定套裝在從動軸的表面，所述第二限位輥固定套裝在主動軸的表面，所述主動軸的一端固定套裝有電動機驅動齒輪，所述電動機驅動齒輪與第一驅動裝置傳動連接；

14、所述左右限位輪包括第一限位輪、第二限位輪和安裝座，所述安裝座固定安裝在安裝板上，所述安裝座上開設有長槽，所述第一限位輪和第二限位輪通過螺栓可拆卸安裝在安裝座的長槽中。

15、在一些實施例中，所述第一驅動裝置包括第一安裝臺、送料電機和第一主動齒輪，所述第一安裝臺固定安裝在矩形架上，所述送料電機固定安裝在第一安裝臺上，所述第一主動齒輪固定套裝在送料電機的輸出端。

16、在一些實施例中，所述成型角調節裝置、底板、帶材收納裝置和帶材定位裝置均采用鏤空減重結構。

17、本發明還提供的一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構的使用方法，包括以下步驟：

18、s1，調節成型角步驟：

19、通過成型角調節電機驅動第二主動齒輪與扇形齒輪嚙合，帶動矩形架繞旋轉軸轉動，使滑輪沿滑軌滑動，以調整螺旋卷管的成型角；

20、s2，張緊調節步驟：

21、沿收納軸軸向移動頂塊，通過彈簧伸縮桿推動活動套，使活動轉桿與固定轉桿聯動，帶動下張緊塊徑向移動，以調節張緊機構的口徑并夾持帶材；

22、s3，帶材導向步驟：

23、啟動送料電機驅動第一主動齒輪，使上下限位輥同步旋轉輸送帶材，并通過調整安裝座長槽中的左右限位輪間距，對帶材進行橫向限位；

24、s4，螺旋卷繞步驟：

25、在成型角調節裝置與張緊機構的協同作用下，以連續變徑方式將帶材螺旋卷繞成管材，并通過鏤空減重結構實現輕量化制造。

26、與相關技術相比較，本發明提供的一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構具有如下

27、有益效果：

28、本發明提供基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，通過電動機驅動齒輪嚙合實現成型角與口徑的同步、獨立調整，無需拆卸部件，適應太空環境快速響應需求。

29、本發明提供基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，通過滑軌與滑輪的同圓心設計、張緊彈簧的預緊力補償，確保帶材進給連續且無滑脫。

30、本發明提供基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，通過鏤空結構降低重量，齒輪傳動與螺紋調節機構傳動效率高、壽命長。

31、本發明提供基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，實現了在軌制造中金屬管件的變口徑螺旋卷管，解決了傳統設備單一口徑的限制，為太空超大型結構建造提供了高效、靈活的解決方案。

技術特征：

1.一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：包括成型角調節裝置、底板、帶材收納裝置和帶材定位裝置；

2.根據權利要求1所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述底板包括地臺和第二驅動裝置，所述第二驅動裝置設置在地臺的一側，所述地臺的另一側設有凸臺，所述凸臺的上方固定安裝有旋轉軸，所述旋轉軸通過軸承與軸承套轉動連接；

3.根據權利要求2所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述地臺的頂部固定安裝有滑軌，所述矩形架的底部轉動安裝有滑輪，所述滑輪與滑軌活動連接，滑軌的圓心與扇形齒輪回轉中心重合。

4.根據權利要求1所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述安裝架包括一對對稱安裝的收納機架，所述收納機架固定安裝在底板上，所述收納機架的中部通過軸承安裝有收納軸；

5.根據權利要求4所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述張緊機構包括上張緊塊、下張緊塊和張緊彈簧，所述下張緊塊與固定轉桿和活動轉桿的一端連接，所述收納軸固定安裝有圓形擋板，所述張緊彈簧設置在圓形擋板上，所述上張緊塊設置在張緊彈簧的一端，所述下張緊塊與上張緊塊通過張緊彈簧相貼合。

6.根據權利要求5所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述頂塊通過螺栓或螺紋與收納軸連接，所述頂塊沿收納軸的軸向移動通過轉桿機構轉化為下張緊塊的徑向運動。

7.根據權利要求1所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述上下限位輥包括第一限位輥、第二限位輥、從動軸和主動軸，所述第一限位輥固定套裝在從動軸的表面，所述第二限位輥固定套裝在主動軸的表面，所述主動軸的一端固定套裝有電動機驅動齒輪，所述電動機驅動齒輪與第一驅動裝置傳動連接；

8.根據權利要求1所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述第一驅動裝置包括第一安裝臺、送料電機和第一主動齒輪，所述第一安裝臺固定安裝在矩形架上，所述送料電機固定安裝在第一安裝臺上，所述第一主動齒輪固定套裝在送料電機的輸出端。

9.根據權利要求1所述基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，其特征在于：所述成型角調節裝置、底板、帶材收納裝置和帶材定位裝置均采用鏤空減重結構。

10.一種使用如權利要求1至9中任一所述的在軌制造的變口徑螺旋卷管機構的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本發明公開了一種基于在軌制造的變口徑螺旋卷管機構，涉及在軌制造技術領域，包括成型角調節裝置、底板、帶材收納裝置和帶材定位裝置；本發明通過電動機驅動齒輪嚙合實現成型角與口徑的同步、獨立調整，無需拆卸部件，適應太空環境快速響應需求，通過滑軌與滑輪的同圓心設計、張緊彈簧的預緊力補償，確保帶材進給連續且無滑脫，通過鏤空結構降低重量，齒輪傳動與螺紋調節機構傳動效率高、壽命長，實現了在軌制造中金屬管件的變口徑螺旋卷管，解決了傳統設備單一口徑的限制，為太空超大型結構建造提供了高效、靈活的解決方案。

技術研發人員：張書洋,邊濤,劉金童,張從發,王巖
受保護的技術使用者：燕山大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28