CN104290929A - 微型航天器的模块化对接与服务单元 - Google Patents

Abstract

本发明微型航天器的模块化对接与服务单元，包括分离式捕获头、紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座，所述分离式捕获头上设置有导向锥孔、对接杆、数据通信触头和电源触头，所述基座设置有定位孔，所述分离式捕获头与所述旋转底盘通过所述多杆伸缩臂连接，所述分离式捕获头通过所述紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座相互配合实现紧锁和解锁，其特点是具有通用的、可容差纠错的、可重复使用的结构以及大范围、长距离、多姿态捕获和对接能力的空间对接机构。

Description

微型航天器的模块化对接与服务单元

技术领域

本发明涉及一种适用于微型航天器的空间对接机构，特别是涉及一种基于模块化理论的小微型航天器对接与服务单元。

背景技术

航天器对接装置是用来实现两个在轨航天器之问对接、连接与分离的装置。通过此装置，可以实现两个航天器机械、电气、液路的连接，二者对接组成轨道复合体后，可实现人员、物资的转移。现代航天器的对接机构可分为两类：对接杆-接收锥型和雌雄同体型。

对接杆-接收锥型：在空间交会中，一航天器主动靠近另一航天器进行对接，前者在对接中是主动的，它的对接装置采取“销钉”形式，中央有一对接杆；后者在对接中是被动的，它的对接装置采取“锥孔”形式。对接时对接杆使两航天器的对接装置精确对准，“销钊”插入“锥孔”，锁紧机构自动锁紧，完成对接。

雌雄同体型：对接装置是异体同构的(既可以用作螺杆、又可以用作螺母)，沿对接口的周边分布，所有定向和动力部件都安装于舱口的四周，从而保证对接装置的中央成为来往通道空间。相比于对接杆-接收锥型机构，采用雌雄同体机构的航天器在对接任务中既可作主动方，也能作被动方，这一点对太空救援等高难度的空间操作尤为重要。

随着航天科技的长足进步，“立方星”、“芯片卫星”、“智能灰尘”等微小型航天器逐渐成为研究热点，未来航天器正在朝着微型化趋势发展，随之产生的微小型航天器的对接机构设计问题也逐渐凸显出来。当前，传统的空间对接任务一般是针对载人航天器，任务使用的对接装置规模庞大、结构复杂，无法满微小型航天器的对接需求。因此，设计一种针对微小型航天器的通用对接机构是亟待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有通用的、可容差纠错的、可重复使用的结构以及大范围、长距离、多姿态捕获和对接能力的空间对接机构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：本发明微型航天器的模块化对接与服务单元，包括分离式捕获头、紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座，所述分离式捕获头上设置有导向锥孔、对接杆、数据通信触头和电源触头，所述基座设置有定位孔，所述分离式捕获头与所述旋转底盘通过所述多杆伸缩臂连接，所述分离式捕获头通过所述紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座相互配合实现紧锁和解锁。

更进一步的，所述对接杆在所述分离式捕获头上中心对称分布。

更进一步的，所述数据通信触头和电源触头的触头是一种金属弹簧触头。

更进一步的，所述紧锁卡盘设置有中心对称排布的扣紧齿。

更进一步的，所述基座上的定位孔与所述对接杆的位置和数量分布相对应。

更进一步的，所述多杆伸缩臂由两根刚性杆和一个关节组成，两段留有接头。

本发明所提供的对接机构能适应微小型航天器面对的空间探索任务十分多样化，即在满足传统对接机构机械承载、电气传输和液路连通的前提下，还具有通用的、可容差纠错的、可重复使用的结构以及大范围、长距离、多姿态捕获和对接能力。

附图说明

图1：本发明总体分离式结构示意图。

图2：本发明分离式捕获头结构示意图。

图3：本发明旋转底盘结构示意图。

图4：两个本发明结构的分离式捕获头相互锁紧的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明做进一步说明。

结合附图说明中所给的附图，本发明微型航天器的模块化对接与服务单元，包括分离式捕获头(1)、紧锁卡盘(2)、多杆伸缩臂(3)、内啮合齿轮(4)、旋转底盘(5)和基座(6)，所述分离式捕获头(1)上设置有导向锥孔(7)、对接杆(8)、数据通信触头(9)和电源触头(10)，所述基座(6)设置有定位孔(11)，所述分离式捕获头(1)与所述旋转底盘(5)通过所述多杆伸缩臂(3)连接，所述分离式捕获头(1)通过所述紧锁卡盘(2)、多杆伸缩臂(3)、内啮合齿轮(4)、旋转底盘(5)和基座(6)相互配合实现紧锁和解锁，所述对接杆(8)在所述分离式捕获头(1)上中心对称分布，所述数据通信触头(9)和电源触头(10)的触头是一种金属弹簧触头，所述紧锁卡盘(2)上设置有中心对称排布的扣紧齿，所述基座上的定位孔(11)与所述对接杆(8)的位置和数量分布相对应，所述多杆伸缩臂(3)由两根刚性杆和一个关节组成，两段留有接头。

假设两空间机器人已经完成精确接近，且对接单元处于允许的工作范围之内，此时对接单元开始工作，主要的步骤包括捕获、锁紧、连通、解锁、分离等等，具体的流程按顺序描述如下(以下简称本发明为对接单元)：

1、对接单元伸展自身的多杆伸缩臂(3)，使分离式捕获头(1)与基座(6)分离；

2、根据其他传感器获取的信息，协调控制多杆伸缩臂(3)的关节电机，同时通过旋转底盘(5)调整分离式捕获头(1)相位，接近对方对接单元的分离式捕获头；

3、待分离式捕获头(1)的三根对接杆(8)互相进入对方捕获头的导向锥孔(7)时，“蜗轮一蜗杆”机构驱动的紧锁卡盘(2)锁紧对方对接单元伸入的三根对接杆(8)，此时对接机构被锁紧；

4、若任务只要求进行数据或电能的传输，则可通过已经对接贴紧的分离式捕获头上的一系列连通的触点(9)(10)完成(跳至步骤7)；

5、若两空间机器人对接后还需要进行运动，则需要收缩多杆伸缩臂(3)，将分离式捕获头(1)拉紧至基座(6)，同时旋转底盘(5)进行相位恢复和调整，使得锁紧的对接杆(8)可以和基座上的定位孔(11)对齐；

6、多杆伸缩臂(3)进一步收缩，使得对方的三根对接杆(8)插入己方基座的三个定位孔(11)中；

7、完成预定的操作任务(电气传输、整体运动)后，驱动蜗杆使紧锁卡盘(2)解锁；

8、通过多杆伸缩臂(3)的再次伸展，使得两个对接单元或空间机器人分离至安全距离；

9、收缩多杆伸缩臂(3)，分离式捕获头(1)复位。

其中步骤1至6描述了捕获、锁紧、连通等操作的具体流程，步骤7，8和9说明了完成预定任务后的解锁和分离过程。

Claims (6)

1.一种微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：包括分离式捕获头、紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座，所述分离式捕获头上设置有导向锥孔、对接杆、数据通信触头和电源触头，所述基座设置有定位孔，所述分离式捕获头与所述旋转底盘通过所述多杆伸缩臂连接，所述分离式捕获头通过所述紧锁卡盘、多杆伸缩臂、内啮合齿轮、旋转底盘和基座相互配合实现紧锁和解锁。

2.根据权利要求1所述的微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：所述对接杆在所述分离式捕获头上中心对称分布。

3.根据权利要求2所述的微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：所述数据通信触头和电源触头的触头是一种金属弹簧触头。

4.根据权利要求3所述的微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：所述紧锁卡盘设置有中心对称排布的扣紧齿。

5.根据权利要求4所述的微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：所述基座上的定位孔与所述对接杆的位置和数量分布相对应。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的微型航天器的模块化对接与服务单元，其特征是：所述多杆伸缩臂由两根刚性杆和一个关节组成，两段留有接头。