CN105129113A - 一种变构型模块单电机驱动连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种变构型模块单电机驱动连接装置，主要涉及变构型航天器模块之间连接的问题，航天器变构型模块一般具有多个面，根据任务需求，任意两个面可能需要连接，本发明提出一种使用单电机控制的，具有占用空间少，使变构型模块任意面能够实现连接锁死的装置，目的是解决了提供有限控制单元，有限安装空间的变构型模块的连接问题。主要通过简单的机械传动结构，传感器，同型异构的装置布局，在需要完成连接的模块表面上安装此连接装置，任意两个模块能够通过此装置完成连接，避免公母型的设计方案，具有尺寸小，执行器少，功耗低，冗余度高等特点。

Description

一种变构型模块单电机驱动连接装置

技术领域

本发明涉及于空间对接技术领域，用于变构型航天器的模块连接装置

背景技术

首先随着科学技术的快速发展，空间系统的数量、水平及能力不断提高，空间操作日益复杂、多样。随着分系统、有效载荷数量和质量的增加，原本巨大的航天器构型日趋复杂多样，多数有效载荷为满足实现预定功能的需要，对总体构形提出了更多的要求(如：星敏感器、形态测量分系统、机械臂、连接机构、武器载荷等均要求安装于航天器设计方案的+X面等)。而面向具体任务的传统航天器构形单一，有效载荷安装面积有限，空间利用率低，严重制约了航天器在轨执行任务空间的扩展，而变构型航天器能够通过改变自身的构型，改变应用载荷的姿态与位置，实现星载载荷的不同阵列方式，变构型航天器的模块化设计。

其次，变构型航天器一般采用模块化设计，由相同的模块组成复杂的构型，，变构型航天器模块之间不仅能进行相对位置的变化，而且能够自主的完成断开与连接，现有的连接装置有电磁式连接、机械式连接等，电磁式连接方式是在铁芯上缠绕线圈，通过控制电流的通断，控制连接机构的磁性，在目标模块的相应位置安装有铁块，从而实现对目标的吸引与释放，为了确保目标在磁场范围内，这样方式要求装置铁芯和电流足够的大，这样会增大整个装置的重量和功耗。

第三，现有的机械连接装置有螺纹旋进式等，螺纹旋进式要求装置的轴向长度比较大，这样会占用模块化航天器内部宝贵的空间，因此设计方案要求要尽量节省空间。

第四，由于太空中能源有限，使用尽量少的驱动单元，配合巧妙地机构设计完成模块之间的连接，可以节省对能源的使用。

第五，变构型模块有很多个连接面，在模块与模块连接过程中，为了使两个模块的任意两个面能够实现连接，主动连接单元和被连接单元应设计成相同构型。

基于以上六点，本发明利用直流电机、齿轮以及机械爪，设计一种变构型模块单电机驱动连接装置发明内容

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：基于现有技术中的不足，本发明利用直流电机、齿轮以及机械爪，设计一种变构型模块单电机驱动连接装置发明内容

本发明的技术方案是：设计一种变构型模块单电机驱动连接装置，包括两个相同的连接模块；所述连接模块包括基座、电机14、第一齿轮9、第二齿轮12、第三齿轮10、第四齿轮11、长距传动轴13、短距传动轴17和四个连接卡爪16；基座上开有供连接卡爪16运动的矩形孔以及用于与另一连接模块的连接卡爪16配合的梯形孔；基座一面开有安装红外传感器的槽孔，另一面上固定安装有电机14；电机14上设有电机抱闸15；电机14两端分别安装有第一齿轮框7和第二齿轮框8；电机14输出端与处于第一齿轮框7内的第一齿轮9连接，电机14另一端依次连接短距传动轴17和处于第二齿轮框8内的第二齿轮12；第二齿轮12与第三齿轮10相互啮合，第一齿轮9与第四齿轮11相互啮合；第三齿轮10和第四齿轮11分别安装在长距传动轴13两端；连接卡爪16的一端开有转轴孔，四个连接卡爪通过各自的转轴孔分别与四个齿轮配合，且齿轮能够带动对应连接卡爪同步转动。

本发明的进一步技术方案为：连接卡爪16未开有转轴孔的一端为镰刀状。

本发明的进一步技术方案为：基座中心开有一圆形槽和一环形槽，且两槽同心；槽内设有孔6。

本发明的进一步技术方案为：一对矩形孔之间设有齿轮框固定沉孔5。

本发明的进一步技术方案为：所述连接卡爪16与齿轮之间为花键配合。

本装置的工作过程为：此机构通过支撑圆盘周边的孔固定安装在空间每个载体(变构型模块)上，当两个载体(变构型模块)需要进行连接时，首先，两个载体相互靠近，使安装在两个载体上的此连接机构相互靠近，使两个机构的支撑圆盘面接近平行和同轴心，之后，通过载体本身的运动，使一个对接机构的连接卡抓与另外一个机构的梯形孔粗对准，因为此机构为对称分布，所以此时，该对接机构的梯形孔与另外一个机构的连接卡爪实现了粗对齐，然后通过支撑圆盘中心的红外传感器，实现精确对准。之后，两个机构的电机同时工作，电机驱动齿轮转动，继而实现连接卡爪绕轴心的转动，卡爪透过对方机构的梯形孔抓对方机构的支撑圆盘的背面，实现两个机构同时对彼此的抓捕。连接卡爪前尖后宽，截面为梯形，在透过梯形孔的抓取对方机构的过程中，具有一定的冗余度，梯形框根部的宽度略大于卡爪根部的宽度，因此能够实现牢靠的连接。连接完成后，将电机断电，抱闸工作，实现整个传动机构的锁死，从而实现了整个机构的锁死。当连接需要断开时，电机反向转动，卡爪从对面梯形孔内收回。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明机构采用模块化对称分布布局，避免了连接机构的“公母型”设计，使任意安装此机构的载体间都能实现连接，可以辅助实现空间变构型模块间自主的连接与断开。在整个机构中只使用一个电机，实现了单一驱动装置下的连接与锁死，而且机构高度较小，解决了变构型模块内部空间较小的问题。

附图说明

图1是本发明其中一个连接模块第一示意图

图2是本发明其中一个连接模块第二示意图；

图3是本发明连接卡爪示意图；

图4是本发明连接图

附图标记说明：1—支撑圆盘；2—矩形孔；3—梯形孔；4—连接装置固定沉孔；5—齿轮框固定沉孔；6—安装传感器沉孔；7-一号齿轮框；8—二号齿轮框；9—第一齿轮；10—第三齿轮；11—第四齿轮；12—第二齿轮；13—长距传动轴；14—直流电机；15—电机抱闸；16—连接卡爪；17—短距传动轴

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。

如附图1-4示，一种变构型模块单电机驱动连接装置，包括连接支撑圆盘1、安装抱闸的直流电机14、两对齿轮、两个齿轮框、两对连接卡爪16、长距传动轴13一根、短距传动轴17一根、连接支撑盘1上可供红外传感器安装的孔。在本实施例中，连接支撑盘1为圆形，直径为118mm，其周围均匀分布8个沉孔，离圆盘中心为55mm，用于将连接装置安装在模块主体上；在圆盘1上面每隔90°均匀分布两对矩形孔2，两矩形框的中间有两个条形孔，用于固定安装齿轮框；圆盘中间有下沉的同心的圆和圆环，用于安装传感器。齿轮框通过螺钉固定在连接圆盘矩形框之间的螺孔位置上，齿轮箱一7内部有第一齿轮9、第三齿轮10，第一齿轮9与电机轴相连，第三齿轮10与长距传动轴13相连，传动轴的直径为3mm，通过轴承与齿轮框定位，齿轮箱二8内部有第四齿轮11、第二齿轮12，第四齿轮11与长距传动轴相连，第二齿轮12与短距传动轴17相连，短距传动轴17直径为3mm，当电机轴旋转是，四个齿轮同时转动。两对连接卡爪16分别与两对齿轮固定在一起，齿轮转动时卡爪通过连接圆盘的矩形孔可以旋转到圆盘的另外一侧，通过探入目标连接圆盘的梯形框内从而抓取目标，抓手的设计为前尖后宽，与梯形孔3配合，提高了连接的冗余度。梯形孔3与卡爪连接处有倒角，避免连接过程中两个部件的干涉。直流电机安装有抱闸机构，当电机工作，带动齿轮和连接卡爪旋转抓取目标之后，电机失电，抱闸工作，将电机锁死。圆盘1的外侧有下铣的圆与圆环，在上面安装有红外传感器，圆内有一个，圆环上均匀分布四个，当与目标进行连接时，传感器通过感应目标的对应传感器判断是否进行连接。整个机构最大直径处为118mm，安装在模块化机构内部，最大占用深度仅为18mm，只用单个电机执行器，完成连接锁死的整个过程。

支撑圆盘1可以安装在变构型模块用于连接的每个面上，连接卡爪16初始位置位于电机14的一侧。当整体构型进行变化，需要将两个模块的两个面连接在一起时，首先，将两个连接装置支撑圆盘所在的平面平行，并通过圆1盘中心的传感器反馈，使两个圆盘1同心。通过变构型模块自身的机构，使连接卡抓16与目标机构的梯形框粗对准，此时，通过圆环的红外传感器的反馈，实现精确对准。主动模块与目标模块相互靠近，距离小于2mm时，两个模块上的电机14同时工作，电机上电后，此时每个模块的两对齿轮旋转，带动卡爪旋转，主模块的卡爪旋转到目标模块梯形框的内部，目标模块的卡爪旋转到主模块梯形框的内部，分别抓取对方。由于卡爪采用前尖后宽的方案，配合梯形框，在连接的过程中有一定的冗余度，梯形框根部的宽度略大于卡爪根部的宽度，因此能够实现牢靠的连接。连接完成后，电机失电，抱闸15将电机轴锁死，从而实现了整个机构的锁死。当连接需要断开时，连接装置的电机上电工作，电流反向，齿轮相对于连接时向相反的方向运动，将卡爪16从对面梯形槽内收回到支撑圆盘有电机的一侧。

Claims (5)

1.一种变构型模块单电机驱动连接装置，其特征在于，包括两个相同的连接模块；所述连接模块包括基座、电机(14)、第一齿轮(9)、第二齿轮(12)、第三齿轮(10)、第四齿轮(11)、长距传动轴(13)、短距传动轴(17)和四个连接卡爪(16)；基座上开有供连接卡爪(16)运动的矩形孔以及用于与另一连接模块的连接卡爪(16)配合的梯形孔；基座一面开有安装红外传感器的槽孔，另一面上固定安装有电机(14)；电机(14)上设有电机抱闸(15)；电机(14)两端分别安装有第一齿轮框(7)和第二齿轮框(8)；电机(14)输出端与处于第一齿轮框(7)内的第一齿轮(9)连接，电机(14)另一端依次连接短距传动轴(17)和处于第二齿轮框(8)内的第二齿轮(12)；第二齿轮(12)与第三齿轮(10)相互啮合，第一齿轮(9)与第四齿轮(11)相互啮合；第三齿轮(10)和第四齿轮(11)分别安装在长距传动轴(13)两端；连接卡爪(16)的一端开有转轴孔，四个连接卡爪通过各自的转轴孔分别与四个齿轮配合，且齿轮能够带动对应连接卡爪同步转动。

2.如权利要求1所述的一种变构型模块单电机驱动连接装置，其特征在于，连接卡爪(16)未开有转轴孔的一端为镰刀状。

3.如权利要求1所述的一种变构型模块单电机驱动连接装置，其特征在于，所述基座中心开有一圆形槽和一环形槽，且两槽同心；槽内设有孔(6)。

4.如权利要求1所述的一种变构型模块单电机驱动连接装置，其特征在于，一对矩形孔之间设有齿轮框固定沉孔(5)。

5.如权利要求1所述的一种变构型模块单电机驱动连接装置，其特征在于，所述连接卡爪(16)与齿轮之间为花键配合。