CN104590592A - 一种新型空间电磁对接机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型空间电磁对接机构，包括电机、电机支架、联轴器、卷扬机组件、基座、外壳、锁紧机构组件、电磁铁组件、发射弹簧、柔性索及电线、吸附块、顶杆、顶杆外筒、弹簧和底座，通过姿态校正准备阶段、抛射电磁铁吸附阶段和收回阶段，可实现远距离、大容差对接工作，从而保证顺利完成空间飞行对接，进而提高我国的空间对接技术水平。

Description

一种新型空间电磁对接机构

技术领域

本发明属于一种新型空间电磁对接机构，主要应用于空间在轨对接领域。涉及到对空间在轨电磁式对接机构的设计，特别是在远距离对接、大容差对接机构末端速度可控等方面，本机构则可以有效的给予解决，最终实现两个飞行器的空间在轨对接。

背景技术

随着信息化时代的到来，空间领域在我国的国民经济和国防军工中起着重要作用，空间领域不仅是我国获得信息的主要渠道，还是我国国防安全和领土主权完整的重要保障。结合我国空间在轨服务技术的现状，目前，我国航天器在轨服务技术系统中，对空间目标航天器在轨对接技术的处理不是很完善，尤其在随着新型材料和电磁技术的发展，现有的对接技术影响空间目标的在轨对接机构的功能和效率，无法保障航天器的功能。

发明内容

本发明的目的是设计一种新型的空间合作目标电磁对接机构，使用本机构，不仅可以有效的完成空间飞行器的对接，同时还具有大容差、末端速度可控和强吸附性等特点，最终保证能顺利的完成对空间飞行器的对接，进而提高我国的空间对接技术的水平。

本发明采用以下方式实现上述目的：

一种新型空间电磁对接机构，包括电机1、电机支架2、联轴器3、卷扬机组件4、基座5、外壳6、锁紧机构组件7、电磁铁组件8、发射弹簧9、柔性索及电线10、 吸附块11、顶杆12、顶杆外筒13、弹簧14、底座15；其中，卷扬机组件4主要用来对柔性索及电线10在发射过程和收回过程是进行卷扬；锁紧机构组件7主要用来对电磁体组件8进行定位和作为抛射的开关；电磁铁组件8和吸附块11联合工作，用来完成电磁体组件8与目标飞行器的对接；发射弹簧9用来对电磁体组件8进行发射的核心部件，作为动力装置将电磁铁组件8进行发射；顶杆12，顶杆外筒13，弹簧14，底座15相配合，安装在目标飞行器上，主要用于来碰撞之后的缓冲；

服务飞行器上，基座5是整个机构中的基础零件，电机支架2、卷扬机组件4和外壳6均零件螺钉固定在基座5上；电机1固定在电机支架2上，联轴器3将电机1的轴和卷扬机组件4中的滚筒轴17连接起来，保证动力能顺利传递；锁紧机构7通过螺钉固定在外壳6上，锁紧机构7在扭簧23的作用下，将电磁铁组8件进行限位；发射弹簧9安装在外壳6中，为发射电磁铁组件提供动力；目标飞行器上，底座15是基础零件，其表面通过螺钉安装由顶杆外筒13，吸附块11通过螺钉固定在顶杆12上，顶杆12在顶杆外筒13里面的弹簧14作用力下外伸并保持伸出状态；

所述的卷扬机组件4由滚筒16、滚筒轴17、轴承端盖18和轴承19以及相应的键组成，滚筒16利用断面定位安装在滚筒轴17上，轴承19安装在轴承座内，轴承19外端由轴承端盖18给予定位，从而保证机构运动的平稳；在电机1的旋转下，通过联轴器2将运动电机的旋转运动传递至卷扬机组件4的滚筒轴17，进而带动柔性索及电线10的卷扬；

所述的锁紧机构组件7主要由锁紧块支架20、锁紧块21、旋转销22和扭簧23组成，锁紧支架20外形为U型，其利用螺钉固定在外壳6上，锁紧块21通过旋转销22将其连接，旋转销22和扭簧23均安装在锁紧支架20上端的孔中；当需要发射电磁铁组件8时，驱动扭簧23工作，锁紧块21在锁紧块支架20和旋转销22的联合作用下，锁紧机构组件7解锁，电磁铁组件8在发射弹簧9的作用下，瞬间高速弹射出去，完成电磁铁组件8的抛射；

所述的电磁铁组件8由柔性索及电线10、U型铁24、线圈25和U型铁座26组成，U型铁24和U型铁座26安装在外壳6中，U型铁座26通过外壳6的斜面进行限位；在电磁铁组件8距离一定距离时，对电磁铁组件8通入电流，U型铁24在通电线圈25的作用下，U型铁24带有磁性，通过与合作目标飞行器上的吸附块11相配合，最终可实现电磁铁组件8末端速度可控、强磁力和定向吸附技术；

当目标飞行器在对接范围以内时，在检测系统的检测下，由控制装置发出指令，锁紧机构组件7开锁，电磁铁组件8在发射弹簧9的作用下，瞬间高速的将U型铁24和柔性索及电线10一起弹射出，当电磁铁组件8距离被动组件中吸附块11距离一定时，通过电流使U型铁24带有磁性，从而使实现电磁铁组件8对吸附块11进行定向吸附，最终完成电磁铁吸附过程；在完成定向吸附之后，在电机1、联轴器3和卷扬机组件4的联动下，卷扬机组件4中的滚筒16将弹性柔性索及电线10收回，由于前阶段电磁铁组件8已与吸附块11相吸合，因此在柔性索及电线10被收回的过程中，目标航天器与电磁体组件8一块向服务航天器方向收拢，最终电磁铁组件4收回至外壳6中，完成对接整个工作。

进一步，所述的卷扬机组件中，滚筒轴直径为14mm，长度为300mm。

进一步，所述的锁紧机构组件中的扭簧的压力为5N。

进一步，所述的电磁铁组件中的U型铁座的内侧面倾角为0.5°，形状为下窄上宽，U型铁端部孔径为6mm。

本发明不仅有效的完成了空间飞行器的对接，还具有大容差、末端速度可控和强吸附性等特点，最终保证能顺利的完成对空间飞行器的对接，从而提高了我国的空间对接技术的水平。

附图说明

图1是本发明新型空间对接机构装配结构示意图；

图2是本发明新型空间对接机构中卷扬机组件与电机支架之间的位置关系示意图；

图3是本发明新型空间对接机构中锁紧机构组件与外壳之间的位置关系示意图；

图4是本发明新型空间对接机构中电磁铁组件与外壳之间的装配关系示意图；

图5、6、7、8是本发明电磁对接机构对接过程示意图。

具体实施方式

以下通过具体应用实施对本发明新型空间对接机构的结构组成、功能及对接过程进行详细的说明。

1、一种新型空间电磁对接机构主要部件的装配关系和功能（图1）

一种新型空间电磁对接机构，包括电机1、电机支架2、联轴器3、卷扬机组件4、基座5、外壳6、锁紧机构组件7、电磁铁组件8、发射弹簧9、柔性索及电线10、 吸附块11、顶杆12、顶杆外筒13、弹簧14、底座15；其中，卷扬机组件4主要用来对柔性索及电线10在发射过程和收回过程是进行卷扬；锁紧机构组件7主要用来对电磁体组件8进行定位和作为抛射的开关；电磁铁组件8和吸附块11联合工作，用来完成电磁体组件8与目标飞行器的对接；发射弹簧9用来对电磁体组件8进行发射的核心部件，作为动力装置将电磁铁组件8进行发射；顶杆12，顶杆外筒13，弹簧14，底座15相配合，安装在目标飞行器上，主要用于来碰撞之后的缓冲；

服务飞行器上，基座5是整个机构中的基础零件，电机支架2、卷扬机组件4和外壳6均零件螺钉固定在基座5上；电机1固定在电机支架2上，联轴器3将电机1的轴和卷扬机组件4中的滚筒轴17连接起来，保证动力能顺利传递；锁紧机构7通过螺钉固定在外壳6上，锁紧机构7在扭簧23的作用下，将电磁铁组8件进行限位；发射弹簧9安装在外壳6中，为发射电磁铁组件提供动力；目标飞行器上，底座15是基础零件，其表面通过螺钉安装由顶杆外筒13，吸附块11通过螺钉固定在顶杆12上，顶杆12在顶杆外筒13里面的弹簧14作用力下外伸并保持伸出状态；

卷扬机组件4由滚筒16、滚筒轴17、轴承端盖18和轴承19以及相应的键组成，滚筒16利用断面定位安装在滚筒轴17上，轴承19安装在轴承座内，轴承19外端由轴承端盖18给予定位，从而保证机构运动的平稳；在电机1的旋转下，通过联轴器2将运动电机的旋转运动传递至卷扬机组件4的滚筒轴17，进而带动柔性索及电线10的卷扬；

锁紧机构组件7主要由锁紧块支架20、锁紧块21、旋转销22和扭簧23组成，锁紧支架20外形为U型，其利用螺钉固定在外壳6上，锁紧块21通过旋转销22将其连接，旋转销22和扭簧23均安装在锁紧支架20上端的孔中；当需要发射电磁铁组件8时，驱动扭簧23工作，锁紧块21在锁紧块支架20和旋转销22的联合作用下，锁紧机构组件7解锁，电磁铁组件8在发射弹簧9的作用下，瞬间高速弹射出去，完成电磁铁组件8的抛射；

电磁铁组件8由柔性索及电线10、U型铁24、线圈25和U型铁座26组成，U型铁24和U型铁座26安装在外壳6中，U型铁座26通过外壳6的斜面进行限位；在电磁铁组件8距离一定距离时，对电磁铁组件8通入电流，U型铁24在通电线圈25的作用下，U型铁24带有磁性，通过与合作目标飞行器上的吸附块11相配合，最终可实现电磁铁组件8末端速度可控、强磁力和定向吸附技术。

进一步，所述的卷扬机组件中，滚筒轴直径为14mm，长度为300mm。

进一步，所述的锁紧机构组件中的扭簧的压力为5N。

进一步，所述的电磁铁组件中的U型铁座的内侧面倾角为0.5°，形状为下窄上宽，U型铁端部孔径为6mm。

2、新型空间电磁对接机构的工作流程说明

新型空间电磁式对接机构整个过程大体可以分为3个过程：

（1）姿态校正准备阶段

当服务航天器飞行至目标航天器一定距离时，目标航天器在对接捕获对接范围以内时，通过检测系统的检测，服务航天器不断调整自身姿态来适应目标航天器的姿态，最终使服务航天器与目标航天器具有相同相同的姿态，从而保证在对接的过程中可以顺利的进行并提高效率。

（2）抛射电磁铁吸附阶段

服务航天器在完成姿态校正之后，在控制装置的作用下，锁紧机构组件7开锁，电磁铁组件8在发射弹簧9的作用力下，瞬间高速的将U型铁24和柔性索及电线10一起弹射出，当电磁铁组件8距离被动组件中吸附块11距离一定时，通过电流使U型铁24带有磁性，从而使实现电磁铁组件8对吸附块11进行定向吸附，最终完成电磁铁吸附过程。

（3）收回阶段

在完成定向吸附之后，在电机1、联轴器3和卷扬机组件4的联动下，卷扬机组件4中的滚筒16将弹性柔性索及电线10收回，由于前阶段电磁铁组件8已与吸附块11相吸合，因此在柔性索及电线10被收回的过程中，目标航天器与电磁体组件8一块向服务航天器方向收拢，最终电磁铁组件4收回至外壳6中，完成对接整个工作。

Claims (4)

1.一种新型空间电磁对接机构，其特征在于：包括电机（1）、电机支架（2）、联轴器（3）、卷扬机组件（4）、基座（5）、外壳（6）、锁紧机构组件（7）、电磁铁组件（8）、发射弹簧（9）、柔性索及电线（10）、 吸附块（11）、顶杆（12）、顶杆外筒（13）、弹簧（14）、底座（15）；其中，卷扬机组件（4）主要用来对柔性索及电线（10）在发射过程和收回过程是进行卷扬；锁紧机构组件（7）主要用来对电磁体组件（8）进行定位和作为抛射的开关；电磁铁组件（8）和吸附块（11）联合工作，用来完成电磁体组件（8）与目标飞行器的对接；发射弹簧（9）用来对电磁体组件（8）进行发射的核心部件，作为动力装置将电磁铁组件（8）进行发射；顶杆（12），顶杆外筒（13），弹簧（14），底座（15）相配合，安装在目标飞行器上，主要用于来碰撞之后的缓冲；

服务飞行器上，基座（5）是整个机构中的基础零件，电机支架（2）、卷扬机组件（4）和外壳（6）均零件螺钉固定在基座（5）上；电机（1）固定在电机支架（2）上，联轴器（3）将电机（1）的轴和卷扬机组件（4）中的滚筒轴（17）连接起来，保证动力能顺利传递；锁紧机构（7）通过螺钉固定在外壳（6）上，锁紧机构（7）在扭簧（23）的作用下，将电磁铁组（8）件进行限位；发射弹簧（9）安装在外壳（6）中，为发射电磁铁组件提供动力；目标飞行器上，底座（15）是基础零件，其表面通过螺钉安装由顶杆外筒（13），吸附块（11）通过螺钉固定在顶杆（12）上，顶杆（12）在顶杆外筒（13）里面的弹簧（14）作用力下外伸并保持伸出状态；

所述的卷扬机组件（4）由滚筒（16）、滚筒轴（17）、轴承端盖（18）和轴承（19）以及相应的键组成，滚筒（16）利用断面定位安装在滚筒轴（17）上，轴承（19）安装在轴承座内，轴承（19）外端由轴承端盖（18）给予定位，从而保证机构运动的平稳；在电机（1）的旋转下，通过联轴器（2）将运动电机的旋转运动传递至卷扬机组件（4）的滚筒轴（17），进而带动柔性索及电线（10）的卷扬；

所述的锁紧机构组件（7）主要由锁紧块支架（20）、锁紧块（21）、旋转销（22）和扭簧（23）组成，锁紧支架（20）外形为U型，其利用螺钉固定在外壳（6）上，锁紧块（21）通过旋转销（22）将其连接，旋转销（22）和扭簧（23）均安装在锁紧支架（20）上端的孔中；当需要发射电磁铁组件（8）时，驱动扭簧（23）工作，锁紧块（21）在锁紧块支架（20）和旋转销（22）的联合作用下，锁紧机构组件（7）解锁，电磁铁组件（8）在发射弹簧（9）的作用下，瞬间高速弹射出去，完成电磁铁组件（8）的抛射；

所述的电磁铁组件（8）由柔性索及电线（10）、U型铁（24）、线圈（25）和U型铁座（26）组成，U型铁（24）和U型铁座（26）安装在外壳（6）中，U型铁座（26）通过外壳（6）的斜面进行限位；在电磁铁组件（8）距离一定距离时，对电磁铁组件（8）通入电流，U型铁（24）在通电线圈（25）的作用下，U型铁（24）带有磁性，通过与合作目标飞行器上的吸附块（11）相配合，最终可实现电磁铁组件（8）末端速度可控、强磁力和定向吸附技术；

当目标飞行器在对接范围以内时，在检测系统的检测下，由控制装置发出指令，锁紧机构组件（7）开锁，电磁铁组件（8）在发射弹簧（9）的作用下，瞬间高速的将U型铁（24）和柔性索及电线（10）一起弹射出，当电磁铁组件（8）距离被动组件中吸附块（11）距离一定时，通过电流使U型铁（24）带有磁性，从而使实现电磁铁组件（8）对吸附块（11）进行定向吸附，最终完成电磁铁吸附过程；在完成定向吸附之后，在电机（1）、联轴器（3）和卷扬机组件（4）的联动下，卷扬机组件（4）中的滚筒（16）将弹性柔性索及电线（10）收回，由于前阶段电磁铁组件（8）已与吸附块（11）相吸合，因此在柔性索及电线（10）被收回的过程中，目标航天器与电磁体组件（8）一块向服务航天器方向收拢，最终电磁铁组件（4）收回至外壳（6）中，完成对接整个工作。

2.根据权利要求1所述的一种新型空间电磁对接机构，其特征在于：所述的卷扬机组件中，滚筒轴直径为14mm，长度为300mm。

3.根据权利要求1所述的一种新型空间电磁对接机构，其特征在于：所述的锁紧机构组件中的扭簧的压力为5N。

4.根据权利要求1所述的一种新型空间电磁对接机构，其特征在于：所述的电磁铁组件中的U型铁座的内侧面倾角为0.5°，形状为下窄上宽，U型铁端部孔径为6mm。