CN109050990A - 一种可重复飞行器连接机构 - Google Patents
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Abstract
一种可重复飞行器连接机构，包括：安装在主动飞行器上的主动件和安装在目标飞行器上的被动件；主动件上安装有捕获锁紧机构，被动件上安装有与捕获锁紧机构配合的锁紧杆；主动件周边设有粗导向主动组件和精确导向主动组件，被动件周边对应设有粗导向被动组件和精确导向被动组件；通过粗导向主动组件与粗导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器姿态进行粗校正，及通过精确导向主动组件和精确导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器的连接进行精确定位，捕获锁紧机构继续运动向锁紧杆施加预紧力实现主动飞行器和目标飞行器的刚性连接。使两飞行器具有较高的连接精度和连接刚度及安全平稳分离的特点，同时具有可模块化组合、重量轻、控制简单、可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及航天器分离机构技术领域，具体涉及一种可重复飞行器连接机构。
背景技术
随着深空探测、空间运输、空间安全等航天技术的深入发展，对航天器在轨组装、功能重构、能源补给、信息交互等功能提出了更高要求，需要一种有可模块化组合、重量轻、控制简单、可靠性高的连接机构。
目前，公知的连接机构在模块化、组合化、接口适应性等方面无法满足后续任务的使用需求。
发明内容
本申请提供一种可重复飞行器连接机构，包括：安装在主动飞行器上的主动件和安装在目标飞行器上的被动件；
主动件上安装有捕获锁紧机构，被动件上安装有与捕获锁紧机构配合的锁紧杆；
主动件周边设有粗导向主动组件和精确导向主动组件，被动件周边对应设有粗导向被动组件和精确导向被动组件；
当主动飞行器与目标飞行器需要连接时，捕获锁紧机构捕获锁紧杆，捕获锁紧机构继续运动，主动件和被动件继续接近，待粗导向主动组件与所述粗导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器姿态进行粗校正，直至粗校正完成，捕获锁紧机构继续运动，待精确导向主动组件和精确导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器的连接进行精确定位，捕获锁紧机构继续运动向锁紧杆施加预紧力实现主动飞行器和目标飞行器的刚性连接。
一种实施例中，主动件包括主动件基板，捕获锁紧机构固定安装于主动件基板上，且捕获锁紧机构的中轴线与主动件基板的安装法兰中心线重合，粗导向主动组件的数量为多个，多个粗导向主动组件均匀分布于主动件基板的周边，相邻两粗导向主动组件之间布设有一个精确导向主动组件，精确导向主动组件的数量与所述粗导向主动组件的数量一一对应，使精确导向主动组件均匀分布于主动件基板的周边。
一种实施例中，粗导向主动组件和精确导向主动组件的数量均为三个，且分别以120度分布于主动件基板的周边。
一种实施例中，粗导向主动组件为V型导向槽。
一种实施例中，主动件基板上留有第一气液补加接口、第二气液补加接口和第一电连接接口。
一种实施例中，被动件包括被动件基板，锁紧杆安装于被动件基板的中心位置处，与捕获锁紧机构相匹配；粗导向被动组件、精确导向被动组件、粗导向主动组件和精确导向主动组件的数量一一对应；粗导向被动组件均匀分布于被动件基板的周边，且粗导向被动组件与粗导向主动组件相匹配；相邻两粗导向被动组件之间布设有一个精确导向被动组件，使精确导向被动组件均匀分布于被动件基板的周边，且精确导向被动组件与精确导向主动组件相匹配。
一种实施例中，粗导向被动组件为导向杆。
一种实施例中，被动件基板上留有第三气液补加接口、第四气液补加接口和第二电连接接口。
一种实施例中，精确导向主动组件包括：
导向销套；
伸缩压杆，设置于所述导向销套内；
滑动杆，一端穿设于伸缩压杆内，另一端限位于伸缩压杆顶部；
弹簧，套设于伸缩压杆上；
限位开关，设置于导向销套内，位于伸缩压杆下方，且限位开关的触头穿设于伸缩压杆内；
精确导向被动组件包括：导向销；
精确导向主动组件和精确导向被动组件配合连接，具体为：导向销插入导向销套并与伸缩压杆接触，随着导向销继续插入导向销套内，弹簧、伸缩压杆被压缩，滑动杆运动至限位开关的触头时，滑动杆被限位停止滑动，此时，精确导向被动组件与精确导向主动组件端面贴合，实现主动飞行器和目标飞行器的精准连接。
依据上述实施例的可重复飞行器连接机构，由于两飞行器连接过程中通过粗校正和精确定位，使两飞行器具有较高的连接精度和连接刚度及安全平稳分离的特点，同时具有可模块化组合、重量轻、控制简单、可靠性高等优点。
附图说明
图1为本发明的可重复飞行器连接机构整体构型示意图。
图2为本发明的可重复飞行器主动件示意图。
图3为本发明的可重复飞行器被动件示意图。
图4为本发明的可重复飞行器连接机构精确导向主动组件示意图。
图5为本发明的可重复飞行器连接机构初始捕获状态示意图。
图6为本发明的可重复飞行器连接机构完成粗校正状态示意图。
图7为本发明的可重复飞行器连接机构完成精确校正并锁紧状态示意图。
图8为本发明的可重复飞行器连接机构演化构型示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本例的一种可重复飞行器连接机构的结构图如图1所示，包括安装在主动飞行器1的主动件1和安装在目标飞行器上的被动件2；如图2所示，主动件1上安装有捕获锁紧机构3，如图3所示，被动件2上安装有锁紧杆4，本例通过设计主动件1和被动件2的配合连接，使捕获锁紧机构3抓捕锁紧杆4的过程中，先进行飞行器姿态的粗校正，再进行精确定位，以实现两飞行器的连接精度和连接刚度。
具体的，请参考图2，主动件1包括主动件基板101，主动件基板101周边设有粗导向主动组件102，粗导向主动组件102为V型导向槽，具体的，捕获锁紧机构3固定安装于主动件基板101上，且，捕获锁紧机构3的中轴线与主动件基板101的安装法兰中心线重合，粗导向主动组件102的数量为多个，该多个粗导向主动组件102均匀分布于主动件基板101的周边，本例的主动件基板101周边还设有精确导向主动组件103，且相邻两粗导向主动组件102之间布设一个精确导向主动组件103，精确导向主动组件103的数量与粗导向主动组件的数量一一对应，使精确导向主动组件103也均匀分布于主动件基板101的周边；优选的，粗导向主动组件102和精确导向主动组件103的数量均为三个，且分别以主动件基板101外围安装法兰中心为基准120度均匀分布于主动件基板101的周边。
进一步，本例的主动件基板101上留有第一气液补加接口104、第二气液补加接口105和第一电连接接口106，通过这些接口安装各种类型的电、气、液浮动断接器。
请继续参考图3，本例的被动件2包括被动件基板201，其中，锁紧杆4安装于被动件基板201的中心位置处，该锁紧杆4与捕获锁紧机构3位置相匹配，使得捕获锁紧机构3能实现对锁紧杆4的抓捕；本例的被动件基板201的周边设有粗导向被动组件202和精确导向被动组件203，具体的，粗导向被动组件202、精确导向被动组件203、粗导向主动组件102和精确导向主动组件103的数量一一对应，同样的，粗导向被动组件202也均匀分布于被动件基板201的周边，使粗导向被动组件202与粗导向主动组件102位置相匹配，以使两飞行器连接时，通过粗导向被动组件202和粗导向主动组件102相互作用对飞行器姿态进行粗校正；同样的，相邻两粗导向被动组件202之间布设有一个精确导向被动组件203，使精确导向被动组件203也均匀分布于被动件基板201的周边，使精确导向被动组件203与精确导向主动组件103的位置相匹配，以使通过精确导向被动组件203和精确导向主动组件103相互作用对飞行器连接进行精确定位。
进一步，本例的粗导向被动组件202为与V型导向槽相匹配的导向杆，即，当导向杆进入V型导向槽时，开始主、被动飞行器的粗校正。
同样的，本例的被动件基板201上也留有第三气液补加接口204、第四气液补加接口205和第二电连接接口206，通过这些接口可安装与主动件基板101上电、气、液浮动断接器相匹配的浮动断接器。
如图4所示，本例的精确导向主动组件103包括导向销套1031、伸缩压杆1032、滑动杆1033、弹簧1034和限位开关1035，具体配合方式是：伸缩压杆1032设置于导向销套1031内，滑动杆1033一端穿设于伸缩压杆1032内，另一端限位于伸缩压杆1032顶部，弹簧1034套设于伸缩压杆1032内，限位开关1035设置于导向销套1031内，位于伸缩压杆1032下方，且限位开关1035的触头穿设于伸缩压杆1032内；对应的，本例的精确导向被动组件203为导向销；则，精确导向主动组件103和精确导向被动组件203配合连接的具体方式是：导向销插入导向销套1031并与伸缩压杆1032接触，随着导向销继续插入导向销套1031内，弹簧1034、伸缩压杆1032被压缩，滑动杆1033运动至限位开关1035的触头时，该触头检测到精确导向被动组件203与精确导向主动组件103配合到位的信号，这时，滑动杆1033被限位停止滑动，即，主动件1和被动件2停止运动，此时，精确导向被动组件203与精确导向主动组件103端面贴合，实现主动飞行器和目标飞行器的精准连接。
需要说明的是，主动件1与被动件2的精确定位由三处导向销套1031与三处导向销的互相配合来实现，可以保护导向销套1031与导向销安装位置出现偏差时，依旧可以保证三处导向销同时插入导向销套1031，保证主动件1与被动件2的连接刚度和一定的定位精度，使主动件1与被动件2具有较好的互换性和良好的高低湿适应性。
本例的可重复飞行器连接机构具体应用原理是：如图5所示，当两飞行器需要连接时，通过机械臂建立主动件1和被动件2之间的初始条件，然后，主动件1上的捕获锁紧机构3动作，使昨，捕获锁紧机构3上的捕获爪捕获被动件2上的锁紧杆4。
如图6所示，主动件1上的粗导向主动组件102和被动件2上的粗导向被动组件202相互作用，对两飞行器姿态开始进行粗校正，这时，捕获锁紧机构3的捕获爪继续运动，带动锁紧杆4继续运动，主动件1与被动件2继续接近，此时，导向杆与V型导向槽相互作用，校正飞行器各方向姿态，当导向杆进入V型导向槽底部时，主、被动飞行器完成粗校正。
如图7所示，捕获锁紧机构3继续运动，被动件2上的精确导向被动件203开始插入主动件1上的精确导向主动组件103内的导向销套1031内，并与伸缩压杆1032接触，随着精确导向被动组件203继续插入导向销套1031，精确导向主动组件103内部的弹簧1034被压缩，滑动杆1033运动至限位开关1035并触发限位开关1035的触头时，该触头检测到精确导向被动组件203与精确导向主动组件103配合到位的信号，这时，滑动杆1033被限位停止滑动，即，主动件1和被动件2停止运动，此时，精确导向被动组件203与精确导向主动组件103端面贴合，再通过捕获锁紧机构3继续运动向锁紧杆4施加预紧力，以实现两飞行器的刚性连接，此时，两飞行器具有较高的连接精度和连接刚度。
以上实现两飞行器的连接，当两飞行器需要分离时，捕获锁紧机构3解锁，挡捕获锁紧机构3预紧力消失后，主动件1上的三处精确导向组件103内的弹簧1034开始回弹，滑动杆1033将精确导向被动件203同步推出导向销套1031，实现两飞行器的安全平稳分离。
本例的可重复飞行器连接机构可以实现：工作温度范围-60℃～+100℃，初始位置偏差不大于±50mm，俯仰偏航误差不大于±2°，滚转偏差不大于±2°，连接机构最终连接力大于3000N，连接精度优于2mm。主动件1重量不大于20kg，被动件2重量不大于14kg，可支持两处最大气液补加浮动断接器外包络Ф220mm。
需要说明的是，本例的可重复飞行器连接机构可以根据实际飞行器构型需要进行变形演化，其变形演化的结构示意图如图8所示，该连接机构可以从中间捕获锁紧，周边3处V型粗导向，3处精确导向的构型演变为中间捕获锁紧，或者，演化成周边4处V型粗导向，3处精确导向的构型。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (9)
1.一种可重复飞行器连接机构，其特征在于，包括：安装在主动飞行器上的主动件和安装在目标飞行器上的被动件；
所述主动件上安装有捕获锁紧机构，所述被动件上安装有与所述捕获锁紧机构配合的锁紧杆；
所述主动件周边设有粗导向主动组件和精确导向主动组件，所述被动件周边对应设有粗导向被动组件和精确导向被动组件；
当主动飞行器与目标飞行器需要连接时，所述捕获锁紧机构捕获所述锁紧杆，所述捕获锁紧机构继续运动，所述主动件和被动件继续接近，待所述粗导向主动组件与所述粗导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器姿态进行粗校正，直至粗校正完成，所述捕获锁紧机构继续运动，待所述精确导向主动组件和精确导向被动组件配合连接时，对主动飞行器和目标飞行器的连接进行精确定位，所述捕获锁紧机构继续运动向所述锁紧杆施加预紧力实现主动飞行器和目标飞行器的刚性连接。
2.如权利要求1所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述主动件包括主动件基板，所述捕获锁紧机构固定安装于所述主动件基板上，且所述捕获锁紧机构的中轴线与所述主动件基板的安装法兰中心线重合，所述粗导向主动组件的数量为多个，多个所述粗导向主动组件均匀分布于所述主动件基板的周边，相邻两粗导向主动组件之间布设有一个所述精确导向主动组件，所述精确导向主动组件的数量与所述粗导向主动组件的数量一一对应，使所述精确导向主动组件均匀分布于所述主动件基板的周边。
3.如权利要求2所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述粗导向主动组件和所述精确导向主动组件的数量均为三个，且分别以120度分布于所述主动件基板的周边。
4.如权利要求2所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述粗导向主动组件为V型导向槽。
5.如权利要求2所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述主动件基板上留有第一气液补加接口、第二气液补加接口和第一电连接接口。
6.如权利要求2所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述被动件包括被动件基板，所述锁紧杆安装于所述被动件基板的中心位置处，与所述捕获锁紧机构相匹配；所述粗导向被动组件、精确导向被动组件、粗导向主动组件和精确导向主动组件的数量一一对应；所述粗导向被动组件均匀分布于所述被动件基板的周边，且所述粗导向被动组件与所述粗导向主动组件相匹配；相邻两粗导向被动组件之间布设有一个所述精确导向被动组件，使所述精确导向被动组件均匀分布于所述被动件基板的周边，且所述精确导向被动组件与所述精确导向主动组件相匹配。
7.如权利要求6所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述粗导向被动组件为导向杆。
8.如权利要求6所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述被动件基板上留有第三气液补加接口、第四气液补加接口和第二电连接接口。
9.如权利要求1所述的可重复飞行器连接机构，其特征在于，所述精确导向主动组件包括：
导向销套；
伸缩压杆，设置于所述导向销套内；
滑动杆，一端穿设于所述伸缩压杆内，另一端限位于所述伸缩压杆顶部；
弹簧，套设于所述伸缩压杆上；
限位开关，设置于所述导向销套内，位于所述伸缩压杆下方，且所述限位开关的触头穿设于所述伸缩压杆内；
所述精确导向被动组件包括：导向销；
所述精确导向主动组件和精确导向被动组件配合连接，具体为：所述导向销插入所述导向销套并与所述伸缩压杆接触，随着所述导向销继续插入所述导向销套内，所述弹簧、伸缩压杆被压缩，所述滑动杆运动至所述限位开关的触头时，所述滑动杆被限位停止滑动，此时，所述精确导向被动组件与所述精确导向主动组件端面贴合，实现主动飞行器和目标飞行器的精准连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181221 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |