CN104149992A - 捕获机构及多级丝杠非合作目标对接机构 - Google Patents
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Abstract
捕获机构及多级丝杠非合作目标对接机构，它涉及航天航空技术领域。该机构解决目前航天器非合作情况下对目标进行识别、测量和抓捕等操作的问题。捕获机构方案：第一电机驱动连杆机构上升至抓取部呈打开状态，抓取部在连杆机构的带动下快速收拢并向回收缩；对接机构方案：所述对接机构由权利要求所述的捕获机构和伸缩机构构成，伸缩机构为第二电机通过锥齿轮传动机构和直齿轮传动驱动三级丝杠逐级伸出实现伸缩。本发明用于对远距离喷管的有效抓捕。
Description
技术领域
本发明涉及航天航空技术领域，更具体的涉及一种捕获机构及多级丝杠非合作目标对接机构。
背景技术
空间技术的飞速发展对航天器应用技术的研究提出了新的要求和挑战，为拓展航天器的功能与应用范畴，各国纷纷开展各种空间应用技术的研究。从上世纪六十年代初期开始，各国展开了对空间交会对接技术的研究，前苏联和美国首先进行了大量的空间交会对接研究，并在实践中成功应用。空间交会对接可以分为合作目标对接和非合作目标对接两类。目前，合作目标对接在技术上已经相当成熟，投入应用的合作目标对接机构包括两类：锥-杆式和周边式。前苏联首次将锥-杆式对接机构应用于“联盟号”飞船，这种对接方式结构简单、重量轻，被大量使用。美国和前苏联专家首次将异体同构周边式对接机构应用在1975年的阿波罗和联盟号对接计划中，这种机构通用性强，应用广泛。而空间非合作目标对接技术的研究开展较晚，从上世纪末期才初步开始。美国、德国、日本等国纷纷开展基于对非合作目标的在轨服务技术的研究，提出了多种非合作目标在轨服务技术方案和验证计划。到目前为止，仅有几个国家对此进行了实验，相关研究基本上都处于样机和初步实验验证阶段。
非合作目标是指在交会对接过程中，无法向服务卫星提供专用对接接口与相对状态等对接所需信息的航天器。航空与空间工程局、美国空间研究委员会在哈勃望远镜修复计划的报告中定义过非合作目标的概念，他们指出“非合作目标是指那些没有安装通讯应答机或其他传感器的目标，其他航天器不能通过发射信号或电子讯问等方式来对此类目标进行识别或定位”。目前所选定的服务对象的非合作特性的表征不同，但都有这样的特点：没有所需的对接接口、无法与之进行对接通信、没有安装合作标志器。这给交会测量、对接等操作增加了难度。在非合作情况下对目标进行识别、测量和抓捕等操作成为非合作目标对接的技术难点。
发明内容
本发明的目的是提供一种多级丝杠非合作目标对接机构，以解决目前航天器非合作情况下对目标进行识别、测量和抓捕等操作的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：捕获机构方案：它包括底座、锥齿轮副、电机、主丝杠、螺母、支撑架、抓取部末端机构、三个滑块、三个滑轨、三个滑轨支架、上盖、三个滚子和三个连杆机构三组连杆机构，第一电机的输出轴与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠的一端传动连接，主丝杠的另一端穿过支撑架后套装螺母，螺母固装在支撑架的上端面上，三个滑轨支架均布设置且固定在底座和上盖之间且沿底座的圆周方向均布设置，每个滑轨支架的侧壁上固定滑轨，三个滑块均布固定在支撑架的外侧且每个滑块与相对应的滑轨滑动连接，连杆机构由支座、第一连杆、第二连杆和铰接架构成，支撑架的上端面均布设置多个支座，第一连杆与第二连杆的一端均与支座铰接，第一连杆与第二连杆的另一端均与铰接架铰接，每个铰接架与抓取部末端机构固接，每个滚子固装在上盖的下端面上，抓取部末端机构设置在位于上盖的上方端面；
所述对接机构由捕获机构和伸缩机构构成，捕获机构由底座、端盖、锥齿轮副、三个滑轨支架、电机、三个滑块、三个滑轨、抓取部末端机构、滚子、上盖、三个连杆机构三组连杆机构、螺母、支撑架和主丝杠组成，端盖设在底座上，第一电机的输出轴与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠的一端传动连接，主丝杠的另一端穿过支撑架后套装螺母，螺母固装在支撑架的上端面上，三个滑轨支架均布设置且固定在底座和上盖之间且沿底座的圆周方向均布设置，每个滑轨支架的侧壁上固定滑轨，三个滑块均布固定在支撑架的外侧且每个滑块与相对应的滑轨滑动连接，连杆机构由支座、第一连杆、第二连杆和铰接架构成，支撑架的上端面均布设置多个支座，第一连杆与第二连杆的一端均与支座铰接，第一连杆与第二连杆的另一端均与铰接架铰接，每个铰接架与抓取部末端机构固接，每个滚子固装在上盖的下端面上，末端机构设置在位于上盖的上方端面；
伸缩机构包括机座、下端盖、第二电机、上端盖、上衬套、浮动支架、一级丝杠、二级丝杠、三级丝杠、一级套筒、二级套筒、三级套筒、直齿轮传动机构和锥齿轮传动机构，第二电机的输出端与锥齿轮传动机构的输入端传动连接，锥齿轮传动机构的输出端与直齿轮传动机构的输入端传动连接，直齿轮传动机构的三个输出端与相对应的一级丝杠转动连接，机座上均布设置三个下端盖，每个下端盖固装在机座上，每个下端盖通过轴承与一级丝杠的一端转动连接，每个一级丝杠的另一端设在二级丝杠的一端内且二者转动连接，二级丝杠的另一端设在三级丝杠的一端内且二者转动连接，三级丝杠的另一端上设有浮动支架，三级丝杠的外部依次套有一级套筒、二级套筒和三级套筒，三级套筒的上端与上盖连接，一级套筒的底端与下端盖连接，浮动支架通过上衬套与相对应的上端盖固接，每个上端盖固装在上盖的上端面上。
本发明具有以下有益效果：针对没有安装标准对接接口的航天器完成对接，对接捕获能迅速完成且可完成对多种尺寸喷管的抓捕。采用了三组多级丝杠机构实现抓捕机构的移动,保证了对抓捕机构支撑的平稳，避免倾斜；三组多级丝杠中有一组采用了浮动支架，避免三组丝杠运动不同步而造成卡死；抓捕机构的末端采用了环形接触的方式，保证对喷管的有效抓捕，相对于点接触的方式，避免了喷管在接触点之间的空隙逃脱；环形接触的末端与缓冲平台的综合作用可使喷管与抓捕机构弹性接触并被成功捕获，避免了使用伸出的伞状机构，简化了机构，大大缩短了对接机构的轴向尺寸。
附图说明
图1是本发明整体结构立体图，图2是捕获机构的结构剖视图，图3是伸缩机构的结构剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式它包括底座1、锥齿轮副、电机5、主丝杠9、螺母10、支撑架11、抓取部末端机构24、三个滑块13、三个滑轨14、三个滑轨支架16、上盖19、三个滚子28和三个连杆机构三组连杆机构，第一电机5的输出轴4与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠9的一端传动连接，主丝杠9的另一端穿过支撑架11后套装螺母10，螺母10固装在支撑架11的上端面上，三个滑轨支架16均布设置且固定在底座1和上盖19之间且沿底座1的圆周方向均布设置，每个滑轨支架16的侧壁上固定滑轨14，三个滑块13均布固定在支撑架11的外侧且每个滑块13与相对应的滑轨14滑动连接，连杆机构由支座31、第一连杆30、第二连杆29和铰接架25构成，支撑架11的上端面均布设置多个支座31，第一连杆30与第二连杆29的一端均与支座31铰接，第一连杆30与第二连杆29的另一端均与铰接架25铰接，每个铰接架25与抓取部末端机构24固接，每个滚子28固装在上盖19的下端面上，抓取部末端机构24设置在位于上盖19的上方端面。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的末端机构24包括三个抓取件，分别定义为第一抓取件、第二抓取件和第三抓取件，每个抓取件由连接柄24-1、第一弧度杆24-2和两个第二弧度杆24-3制成一体，连接柄24-1的一侧与第一弧度杆24-2的一端固接，连接柄24-1的另一侧与两个第二弧度杆24-3固接，两个第二弧度杆24-3由上至下并列设置，每个铰接架25与相对应的连接柄24-1固接，第一抓取件的第一弧度杆与第二抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第二抓取件的第一弧度杆与第三抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第三抓取件的第一弧度杆与第一抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，三个抓取件形成环形结构。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式还包括缓冲平台23、多个缓冲弹簧柱21和多个缓冲弹簧22，缓冲平台23设在上盖19的上端面上，多个缓冲弹簧柱21装在缓冲平台23内部，且每个缓冲弹簧柱21上装有缓冲弹簧22。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式的对接机构由捕获机构和伸缩机构构成，捕获机构它包括底座1、锥齿轮副、电机5、主丝杠9、螺母10、支撑架11、抓取部末端机构24、三个滑块13、三个滑轨14、三个滑轨支架16、上盖19、三个滚子28和三个连杆机构三组连杆机构，第一电机5的输出轴4与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠9的一端传动连接，主丝杠9的另一端穿过支撑架11后套装螺母10，螺母10固装在支撑架11的上端面上，三个滑轨支架16均布设置且固定在底座1和上盖19之间且沿底座1的圆周方向均布设置，每个滑轨支架16的侧壁上固定滑轨14，三个滑块13均布固定在支撑架11的外侧且每个滑块13与相对应的滑轨14滑动连接，连杆机构由支座31、第一连杆30、第二连杆29和铰接架25构成，支撑架11的上端面均布设置多个支座31，第一连杆30与第二连杆29的一端均与支座31铰接，第一连杆30与第二连杆29的另一端均与铰接架25铰接，每个铰接架25与抓取部末端机构24固接，每个滚子28固装在上盖19的下端面上，抓取部末端机构24设置在位于上盖19的上方端面；
伸缩机构包括机座33、下端盖34、第二电机35、上端盖40、上衬套41、浮动支架42、一级丝杠43、二级丝杠44、三级丝杠45、一级套筒46、二级套筒47、三级套筒48、直齿轮传动机构和锥齿轮传动机构，第二电机35的输出端与锥齿轮传动机构的输入端传动连接，锥齿轮传动机构的输出端与直齿轮传动机构的输入端传动连接，直齿轮传动机构的三个输出端与相对应的一级丝杠43转动连接，机座33上均布设置三个下端盖34，每个下端盖34固装在机座33上，每个下端盖34通过轴承与一级丝杠43的一端转动连接，每个一级丝杠43的另一端设在二级丝杠44的一端内且二者转动连接，二级丝杠44的另一端设在三级丝杠45的一端内且二者转动连接，三级丝杠45的另一端上设有浮动支架42，三级丝杠45的外部依次套有一级套筒46、二级套筒47和三级套筒48，三级套筒48的上端与上盖19连接，一级套筒46的底端与下端盖34连接，浮动支架42通过上衬套41与相对应的上端盖40固接，每个上端盖40固装在上盖19的上端面上。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的末端机构24包括三个抓取件15，分别定义为第一抓取件、第二抓取件和第三抓取件，每个抓取件15由连接柄24-1、第一弧度杆24-2和两个第二弧度杆24-3制成一体，连接柄24-1的一侧与第一弧度杆24-2的一端固接，连接柄24-1的另一侧与两个第二弧度杆24-3固接，两个第二弧度杆24-3由上至下并列设置，每个铰接架25与相对应的连接柄24-1固接，第一抓取件的第一弧度杆与第二抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第二抓取件的第一弧度杆与第三抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第三抓取件的第一弧度杆与第一抓取件的两个第二弧度杆交叉设置。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的锥齿轮传动机构包括直齿轮锥齿轮37、直齿轮轴38和电机锥齿轮36，第二电机35装在电机座36上，第二电机35的输出轴与电机锥齿轮36传动连接，电机锥齿轮36与直齿轮锥齿轮37传动连接，直齿轮锥齿轮37装在直齿轮轴38上。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的直齿轮传动机构包括第一直齿轮上轴瓦50、第一直齿轮支架51、第一直齿轮下轴瓦52、第一直齿轮53、三个第二直齿轮轴瓦54、三个第二直齿轮55和三个第二直齿轮下轴瓦56，第一直齿轮53装在第一直齿轮支架51上，第一直齿轮53套装在直齿轮轴38上，直齿轮轴38装有第一直齿轮上轴瓦50和第一直齿轮下轴瓦52，第一直齿轮53分别与三个第二直齿轮55啮合，每个第二直齿轮55装在一级丝杠43上且每个第二直齿轮55设在相对应的下端盖34内，一级丝杠43装有第二直齿轮轴瓦54和第二直齿轮下轴瓦56。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的捕获机构还包括缓冲平台23、多个缓冲弹簧柱21和多个缓冲弹簧22，缓冲平台23设在上盖19的上端面上，多个缓冲弹簧柱21装在缓冲平台23内部，且每个缓冲弹簧柱21上装有缓冲弹簧22。其它实施方式与具体实施方式一相同。
捕获机构的具体实施例：锥齿轮副包括第一锥齿轮3和第二锥齿轮6，电机座2装在底座1上，第一电机5装在电机座2上，第一电机5的输出轴4与第一锥齿轮3传动连接，第一锥齿轮3和第二锥齿轮6啮合，第二锥齿轮6通过下轴承8在主丝杠9的一端，下轴承8外部设有下轴承盖7，主丝杠9的另一端穿过支撑架11后套装螺母10且通过上轴承18与上盖19转动连接，上轴承18外部设有上轴承盖17，螺母10固装在支撑架11的上端面上，三个滑轨支架16均布设置且固定在底座1和上盖19之间，每个滑轨支架16的侧壁上固定滑轨14，三个滑块13通过连接块12均布固定在支撑架11的外侧且每个滑块13与相对应的滑轨14滑动连接，连杆机构由支座31、第一连杆30、第二连杆29和铰接架25构成，支撑架11的上端面均布设置多个支座31，第一连杆30与第二连杆29的一端均与支座31铰接，第一连杆30与第二连杆29的另一端均与铰接架25铰接，每个铰接架25与末端机构24固接，每个滚子28通过右支撑26和左支撑27固装在上盖19的下端面上，末端机构24设置在上盖19的上端面。
工作原理：为实现对远距离喷管的有效抓捕,具体工作过程如下:
伸缩时，第二电机通过锥齿轮传动机构和直齿轮传动驱动三级丝杠逐级伸出实现伸缩。为实现对远距离喷管的有效抓捕,具体工作过程如下:
在准备进行对接工作之前,多级丝杠机构带动抓捕机构上升至喷管位置,同时,抓捕机构中的第一电机驱动连杆机构上升至抓取部呈打开状态。此刻本体卫星给出抓捕命令,抓捕机构在连杆机构的带动下快速收拢并向回收缩，将喷管包围在工作空间内.此时多级丝杠机构带动抓捕机构收回,完成抓捕.在释放过程中,第二电机通过锥齿轮传动机构和直齿轮传动驱动三级丝杠逐级伸出实现伸缩上升,抓取部上升并打开,喷管将在缓冲平台的弹性作用下远离对接机构,无需启动多级丝杠机构。
Claims (8)
1.一种捕获机构，其特征在于它包括底座(1)、锥齿轮副、电机(5)、主丝杠(9)、螺母(10)、支撑架(11)、末端机构(24)、三个滑块(13)、三个滑轨(14)、三个滑轨支架(16)、上盖(19)、三个滚子(28)和三组连杆机构，第一电机(5)的输出轴(4)与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠(9)的一端传动连接，主丝杠(9)的另一端穿过支撑架(11)后套装螺母(10)，螺母(10)固装在支撑架(11)的上端面上，三个滑轨支架(16)固定在底座(1)和上盖(19)之间且沿底座(1)的圆周方向均布设置，每个滑轨支架(16)的侧壁上固定滑轨(14)，三个滑块(13)均布固定在支撑架(11)的外侧且每个滑块(13)与相对应的滑轨(14)滑动连接，连杆机构由支座(31)、第一连杆(30)、第二连杆(29)和铰接架(25)构成，支撑架(11)的上端面均布设置多个支座(31)，第一连杆(30)与第二连杆(29)的一端均与支座(31)铰接，第一连杆(30)与第二连杆(29)的另一端均与铰接架(25)铰接，每个铰接架(25)与末端机构(24)固接，每个滚子(28)固装在上盖(19)的下端面上，末端机构(24)位于上盖(19)的上方。
2.根据权利要求2所述的捕获机构，其特征在于末端机构(24)包括三个抓取件，分别定义为第一抓取件、第二抓取件和第三抓取件，每个抓取件由连接柄(24-1)、第一弧度杆(24-2)和两个第二弧度杆(24-3)制成一体，连接柄(24-1)的一侧与第一弧度杆(24-2)的一端固接，连接柄(24-1)的另一侧与两个第二弧度杆(24-3)固接，两个第二弧度杆(24-3)由上至下并列设置，每个铰接架(25)与相对应的连接柄(24-1)固接，第一抓取件的第一弧度杆与第二抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第二抓取件的第一弧度杆与第三抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第三抓取件的第一弧度杆与第一抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，三个抓取件形成环形结构。
3.根据权利要求1所述的捕获机构，其特征在于它还包括缓冲平台(23)、多个缓冲弹簧柱(21)和多个缓冲弹簧(22)，缓冲平台(23)设在上盖(19)的上端面上，多个缓冲弹簧柱(21)装在缓冲平台(23)内部，且每个缓冲弹簧柱(21)上装有缓冲弹簧(22)。
4.一种多级丝杠非合作目标对接机构，其特征在于所述对接机构由权利要求1所述的捕获机构和伸缩机构构成，捕获机构由底座(1)、端盖(2)、锥齿轮副、三个滑轨支架(16)、电机(5)、三个滑块(13)、三个滑轨(14)、末端机构(24)、滚子(28)、上盖(19)、三组连杆机构、螺母(10)、支撑架(11)和主丝杠(9)组成，端盖(2)设在底座(1)上，第一电机(5)的输出轴(4)与锥齿轮副的输入端传动连接，锥齿轮副的输出端与主丝杠(9)的一端传动连接，主丝杠(9)的另一端穿过支撑架(11)后套装螺母(10)，螺母(10)固装在支撑架(11)的上端面上，三个滑轨支架(16)固定在底座(1)和上盖(19)之间且沿底座(1)的圆周方向均布设置，每个滑轨支架(16)的侧壁上固定滑轨(14)，三个滑块(13)均布固定在支撑架(11)的外侧且每个滑块(13)与相对应的滑轨(14)滑动连接，连杆机构由支座(31)、第一连杆(30)、第二连杆(29)和铰接架(25)构成，支撑架(11)的上端面均布设置多个支座(31)，第一连杆(30)与第二连杆(29)的一端均与支座(31)铰接，第一连杆(30)与第二连杆(29)的另一端均与铰接架(25)铰接，每个铰接架(25)与末端机构(24)固接，每个滚子(28)固装在上盖(19)的下端面上，末端机构(24)位于上盖(19)的上方；
伸缩机构包括机座(33)、下端盖(34)、第二电机(35)、上端盖(40)、上衬套(41)、浮动支架(42)、一级丝杠(43)、二级丝杠(44)、三级丝杠(45)、一级套筒(46)、二级套筒(47)、三级套筒(48)、直齿轮传动机构和锥齿轮传动机构，第二电机(35)的输出端与锥齿轮传动机构的输入端传动连接，锥齿轮传动机构的输出端与直齿轮传动机构的输入端传动连接，直齿轮传动机构的三个输出端与相对应的一级丝杠(43)转动连接，机座(33)上均布设置三个下端盖(34)，每个下端盖(34)固装在机座(33)上，每个下端盖(34)通过轴承与一级丝杠(43)的一端转动连接，每个一级丝杠(43)的另一端设在二级丝杠(44)的一端内且二者转动连接，二级丝杠(44)的另一端设在三级丝杠(45)的一端内且二者转动连接，三级丝杠(45)的另一端上设有浮动支架(42)，三级丝杠(45)的外部依次套有一级套筒(46)、二级套筒(47)和三级套筒(48)，三级套筒(48)的上端与上盖(19)连接，一级套筒(46)的底端与下端盖(34)连接，浮动支架(42)通过上衬套(41)与相对应的上端盖(40)固接，每个上端盖(40)固装在上盖(19)的上端面上。
5.根据权利要求4所述的多级丝杠非合作目标对接机构，其特征在于末端机构(24)包括三个抓取件15，分别定义为第一抓取件、第二抓取件和第三抓取件，每个抓取件15由连接柄(24-1)、第一弧度杆(24-2)和两个第二弧度杆(24-3)制成一体，连接柄(24-1)的一侧与第一弧度杆(24-2)的一端固接，连接柄(24-1)的另一侧与两个第二弧度杆(24-3)固接，两个第二弧度杆(24-3)由上至下并列设置，每个铰接架(25)与相对应的连接柄(24-1)固接，第一抓取件的第一弧度杆与第二抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第二抓取件的第一弧度杆与第三抓取件的两个第二弧度杆交叉设置，第三抓取件的第一弧度杆与第一抓取件的两个第二弧度杆交叉设置。
6.根据权利要求4或5所述的多级丝杠非合作目标对接机构，其特征在于锥齿轮传动机构包括直齿轮锥齿轮(37)、直齿轮轴(38)和电机锥齿轮(36)，第二电机(35)装在电机座36上，第二电机(35)的输出轴与电机锥齿轮(36)传动连接，电机锥齿轮(36)与直齿轮锥齿轮(37)传动连接，直齿轮锥齿轮(37)装在直齿轮轴(38)上。
7.根据权利要求6所述的多级丝杠非合作目标对接机构，其特征在于直齿轮传动机构包括第一直齿轮上轴瓦(50)、第一直齿轮支架(51)、第一直齿轮下轴瓦(52)、第一直齿轮(53)、三个第二直齿轮轴瓦(54)、三个第二直齿轮(55)和三个第二直齿轮下轴瓦(56)，第一直齿轮(53)装在第一直齿轮支架(51)上，第一直齿轮(53)套装在直齿轮轴(38)上，直齿轮轴(38)装有第一直齿轮上轴瓦(50)和第一直齿轮下轴瓦(52)，第一直齿轮(53)分别与三个第二直齿轮(55)啮合，每个第二直齿轮(55)装在一级丝杠(43)上且每个第二直齿轮(55)设在相对应的下端盖(34)内，一级丝杠(43)装有第二直齿轮轴瓦(54)和第二直齿轮下轴瓦(56)。
8.根据权利要求7所述的多级丝杠非合作目标对接机构，其特征在于所述捕获机构还包括缓冲平台(23)、多个缓冲弹簧柱(21)和多个缓冲弹簧(22)，缓冲平台(23)设在上盖(19)的上端面上，多个缓冲弹簧柱(21)装在缓冲平台(23)内部，且每个缓冲弹簧柱(21)上装有缓冲弹簧(22)。
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