CN101398277B - 火箭两栖自动对接与脱离机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械技术领域的火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，包括摄像头、测距板、传感器、管道、控制箱、空间位姿调节机构、上模板、下模板、上模板移动部件、加泄连接器夹持板、拉杆、对接板、加泄连接器、固定销、前端摄像头，其中：下模板右端部分有一锥型导轨，上模板移动部件内部采用滚珠丝杠带动螺母实现水平移动。在加泄连接器与箭体活门的自动对接与脱离过程中，运用了运动的相对性原理，实现上模板移动部件上下部固定的部件的不同步工作。在上下模板对接和分离的过程中，采用了锥形导向杆的导向作用，提高了系统对接的可靠性。本发明还解决了“箭栖”对接技术结构中不可重复对接的缺点等问题。

Description

火箭两栖自动对接与脱离机器人系统

技术领域

本发明涉及的是一种运载火箭中的机械技术领域的装置，具体的说，是一种火箭两栖自动对接与脱离机器人系统。

背景技术

美国作为世界航天强国，经多年发展，形成了以火箭箭体为安装基架的“箭栖”对接技术，即自动对接装置安装在火箭箭体上，对接及加注的过程中加注口与加泄连接器均处于相对静止状态，这样便避免了对接和加注过程中由于箭体晃动所产生的对中及随动难度。其特点是分离机构与连接机构各自分开，在自动脱离的实现方面，对接装置与火箭箭体之间的锁紧解除后，利用火箭起飞所产生的上升运动进行强力脱离，当火箭起飞1.9厘米才自动脱开。“箭栖”对接的特点是自动对接装置体积小巧，结构紧凑，对接的可靠性高。但使用前需要由人工先将对接装置安装在箭体上，这就造成一旦对接装置与箭体脱离后则无法实现自动再对接；同时，由于必须要在火箭箭体上预留对接装置的安装接口，增加了箭体自重和发射负荷。此外，利用箭体发射所产生的升力进行对接装置与箭体的强力分离，虽然能够完成自动脱离动作，但脱离动作缺乏流畅，易对箭体活门和贮箱造成伤害，美国曾发生过由于对接装置不能从火箭上脱落导致管路被火箭拉断使火箭推进剂贮箱严重损坏致使发射失败的恶性事故。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利号为NO.85105354，公开号为CN85105354的专利中公开了一种烟花火箭推进器自动装药机。它属于火箭型烟花推进器生产的自动化装药液力机械设备。由主机、液压系吸尘系统、冷却系统和控制台等五大部分组成。主机与其他部分远离并用墙壁隔开，液压或气压管道连接，以实现液压控制和驱动各运动机构工作。冷却系统的压缩空气道送到打孔座，打孔座开有与其轴线成一定角度的小气孔以冷却打孔针头。该机构的不足之处在于：对接的两个部件始终处于相对静止状态，分离机构与连接机构各自分开，它只能实现一个固定部件与一个随动部件的对接。无法解决部件受外界的微小晃动时的对接，缺乏灵活性，脱离动作缺乏流畅，精度不高，装置体积笨拙，结构复杂，对接的可靠性不高。

我国目前运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离工作仍采用传统的人工方式。由于箭体发射所需要的燃料包含可多有毒气体，一旦出现泄露就会对人体造成伤害。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，实现运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的对接与脱离自动化，从而改变了我国目前运载火箭加泄连接器与箭体活门的对接与脱离采用传统的人工方式的现状。本发明装置体积小巧，结构紧凑，对接的可靠性高，除了具有“箭栖”对接技术结构降低箭体晃动所产生的对中及随动难度外，还解决了“箭栖”对接技术结构中不可重复对接的缺点等问题。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：摄像头、测距板、传感器、管道、控制箱、空间位姿调节机构、上模板、下模板、上模板移动部件、加泄连接器夹持板、拉杆、对接板、加泄连接器、固定销、前端摄像头，其中：摄像头安装在测距板上，空间位姿调节机构用螺栓固定在控制箱上，前端摄像头固定于控制箱上，下模板固定在空间位姿调节机构的末端件上，下模板右端部分有一锥型导轨，上模板与下模板之间装有内置红外测距传感器，上模板下部安装有加泄连接器夹持板，加泄连接器夹持板与加泄连接器固定在一起，管道通过螺纹与加泄连接器连接，拉杆固定于加泄连接器上，上模板上部安装有上模板移动部件，上模板移动部件与对接板固定连接，上模板移动部件内部采用滚珠丝杠传动。

所述上模板移动部件包括滚珠丝杠、螺母、滑块，滚珠丝杠与螺母相配合，滑块固定在螺母之上，滚珠丝杠带动与之相配合的螺母一起运动，滑块与螺母一起实现水平移动，上模板移动部件的滑块与对接板固定在一起，自动分离时，对接板上的固定销在摄像头的监测下插入箭体上的插孔中，此时空间位姿调节机构调节向下运动，上模板和下模板在下模板的锥型导轨的引导下自动分离。

所述对接板固定在箭体上不动时，上模板与固定于其上部的上模板移动部件通过滚珠丝杠一起向前运动，带动固定于上模板下部的加泄连接器加持板和加泄连接器向前一起运动，加泄连接器在前端摄像头的监测下与箭体活门准确对接，实现了运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的自动对接。

当加泄连接器与箭体活门完成燃料的输送后，此时对接板仍然固定在箭体上不动，下模板与固定于它上部的上模板移动部件通过里面的滚珠丝杠向后运动，则加泄连接器与箭体活门首先分离了。继续向后运动到下模板的上方，此时空间位姿调节机构调节向上运动，从而使得上下模板在锥型导轨的引导下自动对接。实现了上下模板的“合模”动作。有弹性的固定销在摄像头的监测下脱开箭体上的插孔，接着上模板移动部件与固定于之上的对接板在上模板移动部件内部的滚珠丝杠的传动下向后运动，从而使得整个机构回到初始状态。实现了加泄连接器与箭体活门的自动脱离动作。

本发明中的上模板移动部件内部采用滚珠丝杠带动螺母实现水平移动。在加泄连接器与箭体活门的自动对接与脱离过程中，运用了运动的相对性原理，实现上模板移动部件上下部固定的部件的不同步工作，从而简化了机构，实现了系统装置结构紧凑，体积小巧，结构上减轻了整体的重量。在上下模板对接和分离的过程中，本发明采用了锥形导向杆的导向作用，提高了系统对接的可靠性。本发明，除了具有“箭栖”对接技术结构降低箭体晃动所产生的对中及随动难度外，还解决了“箭栖”对接技术结构中不可重复对接的缺点等问题

附图说明

图1为本发明结构示意图(主视图)；

图2为本发明结构示意图(俯视图)；

图中：摄像头1、测距板2、传感器3、管道4、控制箱5、空间位姿调节机构6、上模板7、下模板8、上模板移动部件9、加泄连接器加持板10、拉杆11、对接板12、加泄连接器13、固定销14、插孔15、箭体16、前端摄像头17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1图2所示，本实施例包括：摄像头1、测距板2、传感器3、管道4、控制箱5、空间位姿调节机构6、上模板7、下模板8、上模板移动部件9、加泄连接器夹持板10、拉杆11、对接板12、加泄连接器13、固定销14、前端摄像头17。

所述上模板移动部件9内部采用滚珠丝杠传动，包括滚珠丝杠、螺母、滑块，滚珠丝杠与螺母相配合，滑块固定在螺母之上。滚珠丝杠带动螺母、滑块实现水平移动。

控制箱5底部安装有吸盘，吸盘可以吸附在地面上。摄像头1安装在测距板2上。空间位姿调节机构6用螺栓固定在控制箱5上。下模板8固定在空间位姿调节机构6的末端件上，随着空间位姿调节机构6的运动而实现空间的位置和姿态。

下模板8右端部分有一锥型导轨，它在当上下模板实现自动对接和脱离时起到导向作用。避免了上下模板实现自动对接和脱离时发生过大偏差的缺点。

上模板7与下模板8之间装有内置红外测距传感器，实现上下模板对接的位置和距离的调整。

上模板7下部安装有加泄连接器夹持板10，加泄连接器夹持板10与加泄连接器13固定在一起。

上模板7上部安装有上模板移动部件9，上模板移动部件9的滑块与对接板12固定在一起，上模板移动部件9内部的滚珠丝杠带动固定于滑块上的对接板12，从而使得对接板12上的固定销14越来越靠近箭体上的插孔15。最终有弹性的固定销14在摄像头1的监测下插入箭体16上的插孔15中，此时空间位姿调节机构6调节向下运动，从而使得上模板7和下模板8在锥型导轨的引导下自动分离。实现了整个对接板及其加泄连接器相关部件完全的栖息在箭体16上。

管道4通过螺纹与加泄连接器13连接，用来加入燃料。拉杆11固定于加泄连接器13上，对接板12固定在箭体上不动，根据运动的相对性，上模板7与固定于他上部的上模板移动部件9通过里面的滚珠丝杠一起向前运动。通过这样上模板7就带动了固定于它下部的加泄连接器加持板10和加泄连接器13向前一起运动。加泄连接器13逐渐逼近箭体活门(在箭体16内部与加泄连接器13平齐)，在固定于控制箱5上的前端摄像头17的监测下，加泄连接器13与箭体活门准确对接，实现了运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器13与箭体活门的自动对接。加泄连接器13与箭体活门的自动脱离的实现与上述的运动过程完全相反。

当加泄连接器13与箭体活门完成燃料的输送后，此时对接板12仍然固定在箭体16上不动，下模板8与固定于它上部的上模板移动部件9通过里面的滚珠丝杠向后运动，则加泄连接器13与箭体活门首先分离了。继续向后运动到下模板8的上方，此时空间位姿调节机构6调节向上运动，从而使得上模板7下模板8在锥型导轨的引导下自动对接。实现了上模板7下模板8的“合模”动作。有弹性的固定销14在摄像头1的监测下脱开箭体16上的插孔15，摄像头1安装在测距板2上，上模板移动部件9内部的滚珠丝杠带动固定于滑块上的对接板12向后运动，从而使得整个机构回到初始状态。实现了加泄连接器13与箭体活门的自动脱离动作。

本实施例实现了运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门对接与脱离的自动化，自动对接装置独立于箭体之外，对接前，工作部件栖息于自动对接装置上，加泄连接器与箭体活门对接后，工作部件栖息于箭体上。所以本发明既具有“箭栖”对接技术结构降低箭体晃动所产生的对中及随动难度外，还解决了“箭栖”对接技术结构中不可重复对接的缺点等问题。

Claims (4)

1.一种火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，包括：摄像头、测距板、传感器、管道、控制箱、空间位姿调节机构、上模板、下模板、上模板移动部件、加泄连接器夹持板、拉杆、对接板、加泄连接器、固定销、前端摄像头，其特征在于：摄像头安装在测距板上，空间位姿调节机构用螺栓固定在控制箱上，前端摄像头固定于控制箱上，下模板固定在空间位姿调节机构的末端件上，下模板右端部分有一锥型导轨，上模板与下模板之间装有内置红外测距传感器，上模板下部安装有加泄连接器夹持板，加泄连接器夹持板与加泄连接器固定在一起，管道通过螺纹与加泄连接器连接，拉杆固定于加泄连接器上，上模板上部安装有上模板移动部件，上模板移动部件与对接板固定连接，上模板移动部件内部采用滚珠丝杠传动。

2.根据权利要求1所述的火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，其特征是，所述上模板移动部件，包括滚珠丝杠、螺母、滑块，滚珠丝杠与螺母相配合，滑块固定在螺母之上，滚珠丝杠带动与之相配合的螺母一起运动，滑块与螺母一起实现水平移动，上模板移动部件的滑块与对接板固定在一起，自动分离时，对接板上的固定销在摄像头的监测下插入箭体上的插孔中，此时空间位姿调节机构调节向下运动，上模板和下模板在下模板的锥型导轨的引导下自动分离。

3.根据权利要求1所述的火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，其特征是，所述对接板，固定在箭体上不动时，上模板与固定于其上部的上模板移动部件通过滚珠丝杠一起向前运动，带动固定于上模板下部的加泄连接器加持板和加泄连接器向前一起运动，加泄连接器在前端摄像头的监测下与箭体活门准确对接，实现了运载火箭推进剂加注过程中加泄连接器与箭体活门的自动对接。

4.根据权利要求1所述的火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，其特征是，所述控制箱底部安装有吸盘，吸盘吸附在地面上。

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