CN107697320A - 一种爪式飞行器连接及分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器连接装置技术领域，具体来说是一种可用于小型飞行器之间的爪式飞行器连接及分离装置，将主动单元上的抓取部设置为爪状部，在被动单元对应设置与爪状部配合的球形部，利用一个电机驱动主动单元上的联动机构和滑动机构，使分别固定在各壳体上的每一爪状部在滑动机构和联动机构的作用下能够同时抓取或释放球形部，从而完成主动单元与被动单元之间的连接，具有驱动同步、抓捕可靠、结构简单、质量轻的有益效果。

Description

一种爪式飞行器连接及分离装置

技术领域

本发明涉及飞行器连接装置技术领域，具体来说是一种可用于小型飞行器之间的爪式飞行器连接及分离装置。

背景技术

目前，空间运行的航天器需要通过空间对接完成各种在轨服务，在公知的航天器小型对接装置中，连接机构大多数是由多套相同的机构组成，多套相同的机构相互配合以完成连接和分离动作。但是，现有技术中的各套连接机构中的驱动装置为独立驱动方式，采用独立的驱动方式不仅会导致对接装置中的驱动机构配置冗余，增加了机构复杂程度和重量，且多套驱动机构之间的运动同步性也难以保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种爪式飞行器连接及分离装置，以有效地解决现有技术实现飞行器捕获过程中因独立驱动引起的运动不同步、机构复杂等问题。

为了克服上述的技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种爪式飞行器连接及分离装置，包括被动单元和主动单元，

所述的被动单元包括被动盘和球形部，所述的被动盘在面向主动单元一侧的表面上固定有球形部，

所述的主动单元包括主动盘、壳体、滑动机构和联动机构，主动盘在面向被动单元一侧的表面上固定有至少两个壳体，在每个壳体的顶部分别铰接有爪状部，所述的爪状部与所述球形部一一对应，各壳体内分别设置有滑动机构，滑动机构分别连接联动机构，使分别固定在各壳体上的每一爪状部在滑动机构和联动机构的作用下能够：

同时相对于球形部向内收拢，抓取球形部，实现主动单元与被动单元之间的连接；或者

同时相对于球形部向外打开，释放球形部，实现主动单元与被动单元之间的分离。

进一步地，所述的爪状部通过销钉固定在壳体表面，使所述爪状部能够相对于销钉转动，所述的滑动机构包括滑动杆和滑动盘，滑动杆贯穿壳体且底部与联动机构相连，滑动杆在壳体内腔的部分套有弹性元件，滑动杆的顶部固定有滑动盘，并使滑动盘的下表面与销钉相抵，所述的滑动杆在联动机构的作用下，带动滑动盘相对于壳体上下滑动，使滑动盘的下表面将销钉压向或离开壳体表面，从而控制爪状部的收拢或打开。

进一步地，所述的爪状部包括沿壳体表面圆周均布的三个卡爪，三个卡爪的一端形成配合球形部的抓取部，卡爪的另一端通过销钉固定在壳体上。

进一步地，所述的弹性元件为弹簧。

进一步地，所述的联动机构包括电机、太阳轮、行星轮及钢丝绳，所述的电机安装在主动盘上并保持其电机输出轴贯穿主动盘，电机输出轴上设置有太阳轮，所述的主动盘在背对被动单元一侧的表面上设有凸台，凸台内铰接有行星轮，在凸台的内表面设有可相对于主动盘转动的齿圈，齿圈与各壳体之间分别通过钢丝绳相连，所述的行星轮分别与太阳轮和齿圈相啮合，通过电机驱动太阳轮和齿圈相对于主动盘转动，从而收回或放出固定在齿圈上的钢丝绳。

进一步地，所述的齿圈上设有固定栓，所述的钢丝绳一端通过固定栓与齿圈连接，钢丝绳的另一端穿过壳体的内腔固定连接至滑动盘的底部。

进一步地，当被动单元上的球形部进入捕获连接范围后，主动单元上的电机正向启动，带动太阳轮正向转动，在主动盘上的行星轮的传动作用下，太阳轮的正向转动带动齿圈相对于主动盘正向转动，使齿圈上的钢丝绳收回并拉动壳体内的滑动盘克服弹性元件的弹性力向下运动，滑动盘的下表面将销钉压向壳体表面，爪状部同时向内收拢，抓取被动单元上的球形部，在完成主动单元与被动单元的连接之后，电机停止运动。

进一步地，当需要释放被动单元时，主动单元上的电机反向启动，带动太阳轮反向转动，在主动盘上的行星轮的传动作用下，太阳轮的反向转动带动齿圈相对于主动盘反向转动，使齿圈上的钢丝绳放出并使壳体内的滑动盘在弹性元件的作用下向上运动，使滑动盘下表面压住的销钉离开壳体表面，爪状部同时向外打开，释放被动单元上的球形部，在完成主动单元与被动单元的分离之后，电机停止运动。

进一步地，所述的球形部以三角点对称的方式固定于被动盘的表面，各个球形部的圆心连线构成等边三角形。

进一步地，在面向被动单元一侧的主动盘的表面上固定有三个壳体，并使所述爪状部对应球形部的位置设置在每一壳体的顶部。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

本发明利用主动单元上的联动机构和滑动机构，使分别固定在各壳体上的每一爪状部在滑动机构和联动机构的作用下能够同时抓取或释放球形部，从而实现主动单元与被动单元之间的连接，整合多个对接装置的复杂机械结构，避免了多套连接机构采用独立驱动引起的运动不同步的情况，不仅结构简单，较大程度地降低了对接装置的重量，同时还具有同步驱动、抓捕可靠的有益效果。

附图说明

图1是本发明在主动单元和被动单元连接前及分离后的结构示意图；

图2是本发明在主动单元和被动单元连接前及分离后的结构剖视图；

图3是本发明在主动单元和被动单元连接时的结构示意图；

图4是本发明在主动单元和被动单元连接时的结构剖视图。

符号说明：

1.被动盘 2.球形部 3.爪状部 4.滑动盘 5.滑动杆 6.销钉 7.弹簧 8.壳体 9.主动盘 10.凸台 11.钢丝绳 12.行星轮 13.齿圈 14.太阳轮 15.电机 16.固定栓。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明针对现有技术实现飞行器捕获过程中因独立驱动引起的运动不同步、机构复杂的问题，设计了一种爪式飞行器连接及分离装置，将主动单元上的抓取部设置为爪状部，在被动单元对应设置与爪状部配合的球形部，本装置能利用一个电机驱动主动单元上的联动机构和滑动机构，使分别固定在各壳体上的每一爪状部在滑动机构和联动机构的作用下能够同时抓取或释放球形部，从而完成主动单元与被动单元之间的连接，具有驱动同步、抓捕可靠、结构简单、质量轻的有益效果。以下结合附图对本装置的具体结构进行说明。

本发明中的爪式飞行器连接及分离装置主要由被动单元和主动单元组成，参见图1至图4，本装置通过主动单元与被动单元的配合，使分别固定在各壳体8上的每一爪状部3在滑动机构和联动机构的作用下能够同时相对于球形部2向内收拢或向外打开，抓取球形部2或释放球形部2，实现主动单元与被动单元之间的连接或分离。现分别陈述主动单元和被动单元的结构。

被动单元包括被动盘1和球形部2，被动盘1在面向主动单元一侧的表面上固定有球形部2。图中的被动盘1以圆盘状绘制，需知，被动盘1的样式可以是多种多样的，不受附图限定。此外，球形部2的个数不受具体限定，可根据具体需要设置球形部2的数量，图中即采用了三个球形部2为例。一般地，为提高连接及分离装置的稳定性，将三个球形部2以三角点对称的方式固定于被动盘的表面，各个球形部2的圆心连线构成等边三角形，从而使每个球形部2的受力平均。当然，也可采用其他阵列排布的方式，在此不做具体限定，以实际需要为准。

主动单元主要包括主动盘9、壳体8、滑动机构和联动机构，图中的主动盘9以圆盘状绘制，本领域的技术人员应当理解，主动盘9的样式可以是多种多样的，不受附图限定。主动盘9在面向被动单元一侧的表面上固定有至少两个壳体8，壳体8设置的个数最优地需为两个或两个以上，否则本对接装置无法达到同步驱动的目的，当然，本装置也可将壳体8设置为一个，以利用单个壳体8完成主动单元与被动单元的对接。每个壳体8的顶部可分别铰接有爪状部3，爪状部3也可根据需要设置，不受具体限定，其个数无需与壳体8的个数一致，但需要注意的是，爪状部3应与球形部2一一对应，无论是个数还是两者对应的位置，即一个爪状部3应对应抓取一个球形部2，如图1至4中，对应被动单元上的三个球形部2，在主动单元上绘制有三个壳体8，且每个壳体8上都固定有爪状部3，需知，爪状部3和壳体8的个数不受附图限定，以具体需要为准。爪状部3通过销钉6固定在壳体8表面，使爪状部3能够相对于销钉6转动。此外，爪状部3也可通过可拆卸的形式固定在壳体8上，具体固定形式不受具体限定。在图1至图4中绘制了本发明的爪状部3包括沿壳体8表面圆周均布的三个卡爪，三个卡爪的一端形成配合球形部2的抓取部，卡爪的另一端通过销钉固定在壳体8上，本领域的技术人员应当理解，卡爪的个数不受具体限定，以实际需要为准。

为达到各壳体8内的爪状部3同步运动的目的，在各壳体8内分别设置有滑动机构，每一滑动机构则分别连接联动机构，通过联动机构、滑动机构、壳体8、爪状部3等结构之间的相互配合，完成主被动单元的对接和分离。

滑动机构包括滑动杆5和滑动盘4，滑动杆5贯穿壳体8且底部与联动机构相连，滑动杆5在壳体8内腔的部分套有弹性元件，即弹簧7，滑动杆5的顶部固定有滑动盘4，并使滑动盘4的下表面与销钉6相抵，滑动杆5在联动机构的作用下，带动滑动盘4相对于壳体8上下滑动，使滑动盘4的下表面将销钉6压向或离开壳体8表面，从而控制爪状部3的收拢或打开。

联动机构包括电机15、太阳轮14、行星轮12及钢丝绳11，电机15安装在主动盘9上并保持其电机输出轴贯穿主动盘9，电机输出轴上设置有太阳轮14，主动盘9在背对被动单元一侧的表面上设有凸台10，凸台10内铰接有行星轮12，图中的行星轮12以三个为例进行绘制，本领域的技术人员需知，行星轮12的个数可根据需要设置。在凸台10的内表面设有可相对于主动盘9转动的齿圈13，齿圈13与各壳体8之间分别通过钢丝绳11相连，即一个壳体8通过一条钢丝绳11连接到齿圈13上。齿圈13上设有固定栓16，钢丝绳11一端通过固定栓16与齿圈13连接，钢丝绳11的另一端穿过壳体8的内腔固定连接至滑动盘4的底部。行星轮12分别与太阳轮14和齿圈13相啮合，通过电机15驱动太阳轮14和齿圈13相对于主动盘9转动，从而收回或放出固定在齿圈13上的钢丝绳11。当然，也可使用除钢丝绳11以外的其他传导作用力的结构。

在以上陈述的爪式飞行器连接及分离装置的具体结构的基础上，以下对本发明实现连接与分离的具体运作过程进行说明。

如图3及图4所示，当被动单元上的球形部2进入捕获范围后，正向启动主动单元上的电机15，电机15通过其电机输出轴带动太阳轮14正向转动，由于主动盘9上铰接有三个行星轮12，在主动盘9上的行星轮12的传动作用下，太阳轮14的正向转动带动齿圈13相对于主动盘9正向转动，使齿圈13上的三个钢丝绳11同时收回，并拉动壳体8内的滑动盘4在滑动杆5的作用下克服弹性元件的弹性力向下运动，此时，每个壳体8内的滑动盘4的下表面分别将其上设置销钉6压向壳体8表面，在卡爪一端固定的销钉6向壳体8表面运动的作用下，卡爪的另一端同时向内收拢，使三个卡爪能形成配合球形部2的抓取部，抓取部抓取被动单元上的球形部2，完成主动单元与被动单元的连接过程，在完成主动单元与被动单元的连接之后，电机15停止运动。

如图1及图2所示，当需要释放被动单元时，反向启动主动单元上的电机15，电机15通过其电机输出轴带动太阳轮14反向转动，由于主动盘9上铰接有三个行星轮12，在主动盘9上的行星轮12的传动作用下，太阳轮14的反向转动带动齿圈13相对于主动盘9反向转动，使齿圈13上的三个钢丝绳11同时放出，三根钢丝绳11放出后，每个壳体8内的滑动盘4在弹性元件的作用下向上运动，使在连接过程中滑动盘4下表面压住的销钉6能离开壳体8表面，在卡爪一端固定的销钉6离开壳体8表面时，卡爪的另一端同时向外，三个卡爪此次无法抓住球形部2，即释放被动单元上的球形部2，完成主动单元与被动单元的分离过程，在完成主动单元与被动单元的分离之后，电机停止运动。

如上所述，本发明可以实现主被动飞行器之间的连接及分离。当然，本发明也可用于其他用于对接、分离的机构。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离本发明的精神或范围，以上公开的仅为本发明优选实施例。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，包括被动单元和主动单元，所述的被动单元包括被动盘和球形部，所述的被动盘在面向主动单元一侧的表面上固定有球形部，

所述的主动单元包括主动盘、壳体、滑动机构和联动机构，主动盘在面向被动单元一侧的表面上固定有至少两个壳体，在每个壳体的顶部分别铰接有爪状部，所述的爪状部与所述球形部一一对应，各壳体内分别设置有滑动机构，滑动机构分别连接联动机构，使分别固定在各壳体上的每一爪状部在滑动机构和联动机构的作用下能够：

同时相对于球形部向内收拢，抓取球形部，实现主动单元与被动单元之间的连接；或者

同时相对于球形部向外打开，释放球形部，实现主动单元与被动单元之间的分离。

2.根据权利要求1所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的爪状部通过销钉固定在壳体表面，使所述爪状部能够相对于销钉转动，所述的滑动机构包括滑动杆和滑动盘，滑动杆贯穿壳体且底部与联动机构相连，滑动杆在壳体内腔的部分套有弹性元件，滑动杆的顶部固定有滑动盘，并使滑动盘的下表面与销钉相抵，所述的滑动杆在联动机构的作用下，带动滑动盘相对于壳体上下滑动，使滑动盘的下表面将销钉压向或离开壳体表面，从而控制爪状部的收拢或打开。

3.根据权利要求2所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的爪状部包括沿壳体表面圆周均布的三个卡爪，三个卡爪的一端形成配合球形部的抓取部，卡爪的另一端通过销钉固定在壳体上。

4.根据权利要求2所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的弹性元件为弹簧。

5.根据权利要求1或2所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的联动机构包括电机、太阳轮、行星轮及钢丝绳，所述的电机安装在主动盘上并保持其电机输出轴贯穿主动盘，电机输出轴上设置有太阳轮，所述的主动盘在背对被动单元一侧的表面上设有凸台，凸台内铰接有行星轮，在凸台的内表面设有可相对于主动盘转动的齿圈，齿圈与各壳体之间分别通过钢丝绳相连，所述的行星轮分别与太阳轮和齿圈相啮合，通过电机驱动太阳轮和齿圈相对于主动盘转动，从而收回或放出固定在齿圈上的钢丝绳。

6.根据权利要求5所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的齿圈上设有固定栓，所述的钢丝绳一端通过固定栓与齿圈连接，钢丝绳的另一端穿过壳体的内腔固定连接至滑动盘的底部。

7.根据权利要求5所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，当被动单元上的球形部进入捕获连接范围后，主动单元上的电机正向启动，带动太阳轮正向转动，在主动盘上的行星轮的传动作用下，太阳轮的正向转动带动齿圈相对于主动盘正向转动，使齿圈上的钢丝绳收回并拉动壳体内的滑动盘克服弹性元件的弹性力向下运动，滑动盘的下表面将销钉压向壳体表面，爪状部同时向内收拢，抓取被动单元上的球形部，在完成主动单元与被动单元的连接之后，电机停止运动。

8.根据权利要求5所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，当需要释放被动单元时，主动单元上的电机反向启动，带动太阳轮反向转动，在主动盘上的行星轮的传动作用下，太阳轮的反向转动带动齿圈相对于主动盘反向转动，使齿圈上的钢丝绳放出并使壳体内的滑动盘在弹性元件的作用下向上运动，使滑动盘下表面压住的销钉离开壳体表面，爪状部同时向外打开，释放被动单元上的球形部，在完成主动单元与被动单元的分离之后.电机停止运动。

9.根据权利要求1所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，所述的球形部以三角点对称的方式固定于被动盘的表面，各个球形部的圆心连线构成等边三角形。

10.根据权利要求1或9所述的一种爪式飞行器连接及分离装置，其特征在于，在面向被动单元一侧的主动盘的表面上固定有三个壳体，并使所述爪状部对应球形部的位置设置在每一壳体的顶部。