CN106134365B - 一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置和方法，包括容器内轨道(1)、容器外轨道(2)、对接托架(3)、运输拖车(4)、第一小拖车(5)、第二小拖车(6)和位置传感器(7)；第一小拖车(5)和第二小拖车(6)放置在容器外轨道(2)上，第一小拖车(5)与第二小拖车(6)相距一定距离，将运输拖车(4)放置在第一小拖车(5)和第二小拖车(6)上，对接托架(3)安装在运输拖车(4)上表面，将航天器(8)安装在对接托架(3)上，位置传感器(7)安装在第二小拖车(6)上，通过第一小拖车(5)、第二小拖车(6)和运输拖车(4)在轨道上协同运动，能够运送航天器(8)进出空间环境容器，并能将航天器(8)移出容器至一定距离。

Description

一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置及其方法，适用于大型航天器的位置转移和进出空间环境试验容器，以确保其处于最优试验位置。

背景技术

在大型航天器的空间环境试验过程中，试验容器内外传送对接及其转移定位装置是一项重要的基础配置之一，用于将大型航天器顺利送入或移出容器内腔，并保证航天器在容器内的准确定位，以确保其处于最优试验位置。

一般情况下的解决方法为采用大型架车承载试验平台，配套专用驱动设备实现航天器在容器内外位置调整功能。此方法的不足之处是大型架车和专用驱动设备外形较大，机构和结构设置复杂，在容器接口处对接操作困难，并且占用厂房空间较大，难以满足大型航天器进出空间环境容器的操作简单、占用空间有限的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构简捷、操作方便、占用空间较小的航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置和方法。

本发明包括如下技术方案：

一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置，其特征在于：包括容器内轨道、容器外轨道、对接托架、运输拖车、第一小拖车、第二小拖车和位置传感器；第一小拖车和第二小拖车放置在容器外轨道上，第一小拖车与第二小拖车相距一定距离，将运输拖车放置在第一小拖车和第二小拖车上，对接托架安装在运输拖车上表面，将航天器安装在对接托架上，位置传感器安装在第二小拖车上，通过第一小拖车、第二小拖车和运输拖车在轨道上协同运动，能够运送航天器进出空间环境容器，并能将航天器移出容器至一定距离。

在第二小拖车上设置第一自驱动机构和第二自驱动机构，第一小拖车设置为从动车；在采用两个小拖车在两端支撑运输拖车并联接成一个整体的情况下，启动第二小拖车的第一自驱动机构即能实现整体移动；在第二小拖车与运输拖车分离后，通过第二小拖车上的第二自驱动机构驱动运输拖车沿容器内轨道(1)运动。

一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的方法，包括以下步骤：

将第一小拖车和第二小拖车放置在容器外轨道上，第二小拖车上表面的轨道与容器内轨道对接，第一小拖车与第二小拖车相距一定距离；

将运输拖车放置在第一小拖车和第二小拖车上并连接为一个整体；

将对接托架安装在运输拖车上表面，将航天器安装在对接托架上；

拆除第二小拖车与容器内轨道连接的机构，启动第二小拖车上的第一自驱动机构，运输拖车和第一小拖车、第二小拖车连接成的整体承载着对接托架和航天器沿容器外轨道运动至指定位置；

在指定位置对航天器进行容器外操作后，移动其至第二小拖车与容器内轨道对接位置并将其与容器内轨道连接；

拆除第二小拖车与运输拖车连接的机构，启动第二小拖车上的第二自驱动机构，运输拖车和第一小拖车连接成的整体承载着对接托架和航天器沿第二小拖车上表面和容器内轨道运动，至第一小拖车与第二小拖车接触；

拆除第一小拖车与运输拖车之间的连接机构，启动第二小拖车上的第二自驱动机构，运输拖车承载着对接托架和航天器沿第一小拖车上表面、第二小拖车上表面和容器内轨道运动，至航天器到达容器内指定位置停止。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)运输拖车、第一小拖车与第二小拖车所形成的组合支撑模式能够在空间有限的前提下满足大型航天器进出容器的需求；

(2)采用运输拖车、第一小拖车与第二小拖车协同运动可运送大型航天器进出容器，避免采用传统的大型整体架车运送方法，大幅度节省厂房空间，操作简单、可靠；

(3)在以上内外传送对接和转移定位过程中，通过位置传感器来实现航天器的定位，此种在容器外设备上设置监测措施的方法方便可靠，避免了在容器内安装传感器带来的电缆插接、高低温防护、真空密封等问题，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位装置的结构示意图；

图2为第二小拖车结构示意图，其中2a为俯视图，2b为仰视图；

图3为第二小拖车的第二自驱动机构结构示意图；

图4为第一小拖车的结构示意图；

图5为运输拖车与小拖车的连接关系图；

图6为运输拖车俯视图；

图7为运输拖车的齿条延长段不同状态图，其中图7a为齿条延长段合拢状态，图7b为齿条延长段展开状态

具体实施方式

如图1所示，一种大型航天器在空间环境容器舱内容传送对接和转移定位的装置和方法，包括容器内轨道1、容器外轨道2、对接托架3、运输拖车4、第一小拖车5和第二小拖车6、位置传感器7及大型航天器8。第一小拖车5和第二小拖车6放置在容器外轨道2上，第一小拖车5与第二小拖车6相距一定距离，将运输拖车4放置在第一小拖车5和第二小拖车6上，对接托架3安装在运输拖车4上表面，将大型航天器8再安装在对接托架3上，位置传感器7安装在第二小拖车6上，通过第一小拖车5与第二小拖车6在轨道上运动，可以运送大型航天器8进出空间环境容器、准确定位，并可将大型航天器8移出容器至一定距离。

下面结合具体实施例来具体说明调整过程。如图1所示，为某型号航天器调试过程中应用的大型平台，此平台上所装载航天器尺寸为直径3000mm，长7000mm，此航天器与配套工装的重量为6t。航天器的传送对接和转移定位过程详细如下：

(1)将第一小拖车5和第二小拖车6放置在容器外轨道2上，第二小拖车6上表面的轨道与容器内轨道1对接，第一小拖车5与第二小拖车6相距一定距离，将位置传感器7安装在第二小拖车6上；

(2)将运输拖车4放置在第一小拖车5和第二小拖车6上并连接为一个整体；

(3)将对接托架3安装在运输拖车4上表面，将大型航天器8再安装在对接托架3上；

(4)拆除第二小拖车6与容器内轨道1连接的机构，启动第二小拖车6上的第一自驱动机构，运输拖车4和第一小拖车5、第二小拖车6连接成的整体即承载着对接托架3和大型航天器8沿容器外轨道2运动，至指定位置即可；

(5)在指定位置对大型航天器8进行容器外操作后，移动其至第二小拖车6与容器内轨道1对接位置并将其与容器内轨道1连接；

(6)拆除第二小拖车6与运输拖车4连接机构，启动第二小拖车6上的第二自驱动机构，运输拖车4和第一小拖车5连接成的整体即承载着对接托架3和大型航天器8沿第二小拖车6上表面和容器内轨道1运动，至第一小拖车5与第二小拖车6接触；

(7)拆除第一小拖车5与运输拖车4连接机构，启动第二小拖车6上的第二自驱动机构，运输拖车4即承载着对接托架3和大型航天器8沿第一小拖车5上表面、第二小拖车6上表面和容器内轨道1运动，监测位置传感器7的状态至大型航天器8到达容器内指定位置；

(8)拆除第二小拖车6与容器内轨道1连接机构，将第一小拖车5和第二小拖车6移出，关闭容器大门，即可对大型航天器8开展空间环境试验。

采用此方法研制的装置设计简捷可靠，可与环境试验容器内的导轨准确对接，承载7吨重7m长的的航天器进出容器，根据实际操作需要，可运送航天器(连同装置本身)远离容器口2m远的距离，而无须配备另外的动力装置，不会占用额外的使用区域，达到了充分利用厂房空间、最大程度保证航天器调试区域配置的目的。

第二小拖车

如图2a，2b所示，第二小拖车6分为以下几部分：车架22，齿轮传动机构9、轨道23、摩擦轮系，升降轮系24，导向板10。车架22是第二小拖车的主体承力结构件，上表面安装轨道23，用于支撑运输拖车并带其行走；车架22侧面对称设置2个定位块11，用于和运输拖车之间用销钉连接；第二小拖车后部设置两组导向板10，用于与容器内的轨道定位并对接；第二小拖车底部的摩擦轮系用于在容器外地面上的导轨上行走；在第二小拖车不使用时可旋转升降轮系24处的手轮，令升降轮系底部的万向轮与地面接触，实现第二小拖车行走，万向轮带刹车，可实现停放功能。摩擦轮系包括两个摩擦驱动轮15，和两个摩擦从动轮；驱动轮15位于第二小拖车前部，从动轮位于第二小拖车后部。

在第二小拖车(6)上设置第一自驱动机构和第二自驱动机构。在采用两个小拖车在两端支撑运输拖车(4)并联接成一个整体的情况下，启动第二小拖车(6)的第一自驱动机构即能实现整体移动；在第二小拖车(6)与运输拖车(4)分离后，通过第二小拖车(6)上的第二自驱动机构驱动运输拖车(4)沿容器内轨道(1)运动。优选地，第一自驱动机构包括位于第二小拖车右侧的驱动电机13，位于前部双侧摩擦驱动轮15之间的联轴器12。驱动电机13通过联轴器12，实现对左、右两个摩擦驱动轮15的同时驱动。

优选地，第二自驱动机构为位于第二小拖车两侧的齿轮传动机构9，如图3所示齿轮传动机构9包括齿轮驱动组件17，位置调节组件16和动力输出组件18；齿轮驱动组件17的齿轮可与运输拖车上两侧齿条对接，可以采用步进电机驱动，也可通过操纵电机尾部的延出轴手动驱动，从而可实现试件的手工驱动；齿轮的位置可采用位置调节组件16手动横向调节，便于根据和齿条实际对接情况来调整二者啮合状态；动力输出组件18与步进电机连接。

第一小拖车

如图4所示，第一小拖车主要由车架29，轨道26、摩擦行走轮系28、升降轮系27等组成，车架29是拖车的主体承力结构件，上表面安装轨道26，用于支撑运输拖车并带其行走；车架侧面对称设置2个定位块，用于和运输拖车之间用销钉连接；第一小拖车后部设置两组导向板25，用于与第二小拖车上的轨道定位并对接；第一小拖车底部的2组摩擦行走轮系28用于在容器外地面上的导轨上行走；在第一小拖车不使用时可旋转升降轮系处的手轮，令升降轮系底部的万向轮与地面接触，实现第一小拖车的行走，万向轮带刹车，可实现第一小拖车的停放。

运输拖车

如图5，6所示，运输拖车包括：车架32，平台33，长齿条31及其延长段34，车架32是拖车的主体承力结构件，车架上表面为与对接托架的安装平台33，车架下表面上分别安装了12组矮轮30，用于拖车在空间环境容器内外轨道上行走，矮轮30的中心距与空间环境容器内导轨中心距相对应。

在运输拖车的车架两侧安装两组长齿条31，用于与第二小拖车上齿轮机构对接。如图7所示，长齿条端部设置了延长段34，可合拢或打开，延长段34合拢时不会与容器大门及热沉干涉。在运输拖车在容器内时打开延长段，可实现长齿条与第二小拖车上齿轮啮合、传动。

第二小拖车与容器内轨道连接机构

第二小拖车上部轨道与容器内轨道的连接通过导向板10实现，在第二小拖车轨道的最前端，每一侧各安装一块导向板。在第二小拖车与容器内轨道对接时，导向板起到导向作用。当导轨对接好后，利用螺钉把导向板10与容器内轨道固接。

第二小拖车，第一小拖车与运输拖车连接机构

如图5所示，该连接机构包括T形定位条19、定位块11和定位销20。T形定位条19安装在运输拖车底部，定位块11安装在第一小拖车、第二小拖车车架两侧。当运输拖车和第一小拖车、第二小拖车的位置调整到位后，利用定位销20把两者固定为一个整体。

位置传感器7

第二小拖车6上设计安装五个位置开关其中包括四个行程开关和一个第一小拖车到位检测开关，如图1所示的第二小拖车6上，从右到左依次为进容器极限位置开关，第一小拖车到位检测开关，第一速度切换开关，第二速度切换开关，和出容器极限位置开关(上述位置开关在图1统一标为位置传感器7，它们的具体安装位置可以根据需要设置，在附图中没有体现)。两个极限位置开关分别控制运输拖车进、出容器极限。两个速度切换位置开关控制运输拖车即将到达极限位置和脱离极限位置时的快慢速切换。第一小拖车到位检测开关作用为当运输拖车进、出容器过程中达到第一小拖车需停止更换固定对象位置时停止运输拖车运动的位置检测开关。极限位置开关和运动速度转换开关选用ORMON D4A-3105N小型重载限位开关配D4A-E20叉式摆杆。第一小拖车到位检测开关选用ORMON D4A-3101N小型重载限位开关配D4A-C00可调式摆杆。位置开关安装位置需要与运输拖车底部安装的挡块匹配，保证接触良好及动作无误。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置，其特征在于：包括容器内轨道(1)、容器外轨道(2)、对接托架(3)、运输拖车(4)、第一小拖车(5)、第二小拖车(6)和位置传感器(7)；第一小拖车(5)和第二小拖车(6)放置在容器外轨道(2)上，第一小拖车(5)与第二小拖车(6)相距一定距离，将运输拖车(4)放置在第一小拖车(5)和第二小拖车(6)上，对接托架(3)安装在运输拖车(4)上表面，将航天器(8)安装在对接托架(3)上，位置传感器(7)安装在第二小拖车(6)上，通过第一小拖车(5)、第二小拖车(6)和运输拖车(4)在轨道上协同运动，能够运送航天器(8)进出空间环境容器，并能将航天器(8)移出容器至一定距离；

在第二小拖车(6)上设置第一自驱动机构和第二自驱动机构，第一小拖车(5)设置为从动车；在采用两个小拖车在两端支撑运输拖车(4)并联接成一个整体的情况下，启动第二小拖车(6)的第一自驱动机构即能实现整体移动；在第二小拖车(6)与运输拖车(4)分离后，通过第二小拖车(6)上的第二自驱动机构驱动运输拖车(4)沿容器内轨道(1)运动。

2.根据权利要求1所述的一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置，其特征在于：所述的运输拖车(4)采用矩形碳钢管焊制成框架式结构，采用工字型材加强。

3.根据权利要求1所述的一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的装置，其特征在于：所述位置传感器(7)包括进容器极限位置开关，第一小拖车到位检测开关，第一速度切换开关，第二速度切换开关，和出容器极限位置开关。

4.一种航天器在空间环境容器舱内外传送对接和转移定位的方法，其特征在于包括以下步骤：

将第一小拖车(5)和第二小拖车(6)放置在容器外轨道(2)上，第二小拖车(6)上表面的轨道与容器内轨道(1)对接，第一小拖车(5)与第二小拖车(6)相距一定距离；

将运输拖车(4)放置在第一小拖车(5)和第二小拖车(6)上并连接为一个整体；

将对接托架(3)安装在运输拖车(4)上表面，将航天器(8)安装在对接托架(3)上；

拆除第二小拖车(6)与容器内轨道(1)连接的机构，启动第二小拖车(6)上的第一自驱动机构，运输拖车(4)和第一小拖车(5)、第二小拖车(6)连接成的整体承载着对接托架(3)和航天器(8)沿容器外轨道(2)运动至指定位置；

在指定位置对航天器(8)进行容器外操作后，移动其至第二小拖车(6)与容器内轨道(1)对接位置并将其与容器内轨道(1)连接；

拆除第二小拖车(6)与运输拖车(4)连接的机构，启动第二小拖车(6)上的第二自驱动机构，运输拖车(4)和第一小拖车(5)连接成的整体承载着对接托架(3)和航天器(8)沿第二小拖车(6)上表面和容器内轨道(1)运动，至第一小拖车(5)与第二小拖车(6)接触；

拆除第一小拖车(5)与运输拖车(4)之间的连接机构，启动第二小拖车(6)上的第二自驱动机构，运输拖车(4)承载着对接托架(3)和航天器(8)沿第一小拖车(5)上表面、第二小拖车(6)上表面和容器内轨道(1)运动，至航天器(8)到达容器内指定位置停止。