CN109178355B

CN109178355B - 舱外多功能操作平台

Info

Publication number: CN109178355B
Application number: CN201810892493.2A
Authority: CN
Inventors: 付新卫; 张志成; 侯向阳
Original assignee: Beijing Space Technology Research and Test Center
Current assignee: Beijing Space Technology Research and Test Center
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2020-05-15
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: CN109178355A

Abstract

本发明涉及一种舱外多功能操作平台，包括：依次顺序连接的回转单元(1)、升降单元(2)、俯仰单元(3)、折叠单元(4)和连接单元(5)；所述升降单元(2)可带动所述回转单元(1)上下移动；所述俯仰单元(3)与所述折叠单元(4)为铰连接。本发明的舱外多功能操作平台具有旋转、升降、俯仰、折叠和快速固定连接的功能，可以为航天员舱外作业中的更换设备、维修工具等提供固定连接接口和存放平台，方便航天员的操作。

Description

舱外多功能操作平台

技术领域

本发明属于空间站在轨维修技术领域，尤其涉及一种可供航天员舱外作业时挂放工具包等的舱外多功能操作平台。

背景技术

随着航天技术的发展，宇航员出舱维护工作日益频繁而复杂，而在空间微重力的工作环境中，由于宇航员穿着宇航服，运动的范围和各关节的灵活性受到限制，给舱外作业带来了很大困难。在实际的出舱维护工作中，宇航员每次出舱活动都需要完成多项工作，需要一次携带各种专用的维修工具或者工具箱，通常都是由宇航员随身携带，这就使得操作不方便，因此有必要研制一种操作平台，方便航天员的操作，为其他任务暂时使用不到的工具和更换的设备提供临时存放位置和必要的束缚方式，防止其在宇航员舱外作业过程中飘走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有旋转、升降、俯仰和折叠功能的舱外多功能操作平台，方便航天员出舱作业。

为实现上述目的，本发明提供一种舱外多功能操作平台，包括依次顺序连接的回转单元、升降单元、俯仰单元、折叠单元和连接单元，

所述升降单元可带动所述回转单元上下移动；

所述俯仰单元与所述折叠单元为铰连接。

根据本发明的一个方面，所述回转单元包括：

插销固定座；

第一中心柱单元，位于所述插销固定座下方与叔叔插销固定座连接；

分度圆柱，套设在所述第一中心柱段外周与所述插销固定座可相互转动；

载物工作架，与所述分度圆柱固定连接；

回转插销，与所述插销固定座连接。

根据本发明的一个方面，所述分度圆柱外圆周上设有与所述回转插销相配合的限位插槽，所述限位插槽在所述分度圆柱外圆周上等间距设置。

根据本发明的一个方面，所述载物工作架上设有可调接口和挂件卡槽。

根据本发明的一个方面，所述升降单元包括：

升降摇臂；

齿轮，与所述升降摇臂固定连接；

第二中心柱段，表面设有与所述齿轮相啮合的齿条；

定位槽，沿周向等弧度设置在所述齿轮上；

弹簧定位销，与所述定位槽可相互配合。

根据本发明的一个方面，所述第二中心柱段的长度为500mm。

根据本发明的一个方面，所述俯仰单元包括:

立柱；

俯仰手柄，与所述立柱连接并伸入所述立柱内部；

插齿，位于所述立柱内部；

拉杆，位于所述立柱内部，一端与所述俯仰手柄连接，另一端与所述插齿连接；

所述拉杆与所述插齿连接的一端设有复位弹性件。

根据本发明的一个方面，所述折叠单元包括：

基座固定端，与所述立柱下端可转动连接；

基座旋转轴，与所述基座固定端固定连接；

基座旋转端，与所述基座旋转轴可转动连接。

根据本发明的一个方面，所述基座固定端设有分度齿，所述分度齿的分度刻度为30°，每分度的增量为6°。

根据本发明的一个方面，所述连接单元包括:

转环；

转轴；

转杆，一端与所述转环连接，另一端与所述转轴连接；

锁舌，用于固定所述舱外多功能操作平台；

锁舌连杆，一端与所述转轴连接，另一端与所述锁舌连接。

本发明的舱外多功能操作平台的设计涉及到间歇分度机构、锁紧机构、解锁结构等机构知识运用，兼顾宇航员可视可达性和运动包络要求，使操作台具有旋转、升降、俯仰、折叠和快速连接功能，同时为舱外更换设备、维修工具和工具包提供固定连接接口，为宇航员提供一款灵活、轻便及能够满足舱外操作功能需求的操作平台，方便宇航员舱外作业，为其完成舱外任务提供稳定便利的保障条件。

附图说明

图1是示意性表示根据本发明的舱外多功能操作平台的结构示图；

图2是示意性表示根据本发明的回转单元的结构示图；

图3是示意性表示根据本发明的载物工作架的结构图；

图4a是示意性表示根据本发明的升降单元的结构图；

图4b是示意性表示根据本发明的升降单元的结构图；

图5a是示意性表示根据本发明的俯仰单元的机构示图；

图5b是示意性表示根据本发明的俯仰单元的机构示图；

图6a是示意性表示根据本发明的折叠单元处于折叠状态的示图；

图6b是示意性表示根据本发明的折叠单元处于展开状态的示图；

图7是示意性表示根据本发明的俯仰单元的转动角度示图；

图8是示意性表示根据本发明的连接单元的结构示图。

附图标号所代表的含义如下：

1、回转单元。2、升降单元。3、俯仰单元。4、折叠单元。5、连接单元。11、插销固定座。12、第一中心柱段。13、分度圆柱。14、载物工作架。15、回转插销。131、限位插槽。21、升降摇臂。22、齿轮。23、第二中心柱段。24、齿条。25、定位槽。26、弹簧定位销。31、立柱。32、俯仰手柄。33、插齿34、拉杆。35、复位弹性件。41、基座固定端。42、基座旋转轴。43、基座旋转端。411、分度齿。51、转环。52、转轴。53、转杆。54、锁舌。55、锁舌连杆。141、可调接口。16、把手。44、旋转轴压簧。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

图1是示意性表示根据本发明的舱外多功能操作平台的结构示意图。如图1所示，本发明的舱外多功能操作平台包括：回转单元1、升降单元2、俯仰单元3、折叠单元4和连接单元5。如图1所示，本发明的回转单元1、升降单元2、俯仰单元3、折叠单元4和连接单元5沿着由上至下的方向依次顺序连接。本发明的升降单元2可以带动回转单元1上下移动，以满足不同的高度需求，方便宇航员的舱外作业。俯仰单元3和折叠单元4可以相互转动，从而能调节本发明舱外多功能操作平台的俯仰角度，方便宇航员的操作。以下分别对本发明舱外多功能操作平台的各个单元进行详细说明。

图2是示意性表示根据本发明的回转单元的结构图。图3是示意性表示根据本发明的载物工作架的结构图。结合图1、图2、和图3所示，本发明的回转单元1包括插销固定座11、第一中心柱段12、分度圆柱13、载物工作架14和回转插销15。如图2所示，插销固定座11位于最上端，第一中心柱段12位于插销固定座11的下方，插销固定座11固定连接。在第一中心柱段12的外周套设有分度圆柱13，分度圆柱13与插销固定座11可相互转动。具体来说，结合图2、图3所示，分度圆柱13与载物工作架14固定连接，分度圆柱13的外圆周上设有限位插槽131，在本实施方式中，在分度圆柱13的外圆周上相互间隔45°的设置有8个限位插槽131，在插销固定座11上设有回转插销15，回转插销15与限位插槽131可以相互配合。在回转插销15上设有压簧，当将回转插销15向外拉出分度圆柱13上的限位插槽131时，分度圆柱13就可以相对插销固定座11自由的转动，即分度圆柱13可以绕图示竖直方向自转。而由于载物工作架14与分度圆柱13为固定连接，当分度圆柱13转动时，载物工作架14也随之转动。也就是说，本发明的载物工作架14可以绕第一中心柱段12转动，转动角度为0-360°。在本实施方式中，将分度圆柱13转动至预想位置后，即可松开回转插销15，由于回转插销15上设有压簧，松开回转插销15后，回传插销15将由于压簧的拉力将其带回至相应的限位插槽131中，实现分度圆柱13与插销固定座11的相对固定，即实现对载物工作架14的固定。在本实施方式中，由于等间距设有8个限位插销131，也就是说载物工作架14每次转动的角度至少为45°。

如图3所示，本发明的载物工作架14是由四个边框首尾相连组成的矩形状框架结构，在本实施方式中，载物工作架14的外形尺寸为600mm*400mm，在载物工作架14上还有相对设有两个把手16方便宇航员的操作。在载物工作架14上设有可调接口141和挂件卡槽，也就是说，载物工作架14具有两个功能，一是为舱外维护工具提供可调接口，二是为工具提供挂件卡槽，用于工具暂时的存放，如此有利于方便航天员的舱外作业，缩短舱外作业时间。

图4a和图4b是示意性表示根据本发明的升降单元的结构示图。如图4a和图4b所示，本发明的升降单元2包括升降摇臂21、齿轮22、第二中心柱段23、定位槽25和弹簧定位销26。

如图所示，升降摇臂21为具有握把式摇臂，升降摇臂21与齿轮22固定连接，转动摇臂21可带动齿轮22旋转，在本实施方式中，齿轮22外围设有齿轮箱，升降摇臂21一端伸进齿轮箱中与齿轮22连接。第二中心柱段23位于第一中心柱段12之下与第一中心柱段12固定连接，第二中心柱段23沿竖直方向的表面上设有齿条241，齿条24可与齿轮22相互啮合。即可以理解为，第一中心柱段12和第二中心柱段23为一体成型构造，在第二中心柱段23上设有齿条24。如此便可以通过转动升降摇臂21，带动齿轮22旋转，进而带动具有齿条24的第二中心柱段23上下移动，最终实现载物工作架14的上下移动，从而保证了可以调节载物工作架14的高度，方便宇航员的操作。

具体地，依据宇航员的可视范围，确定载物工作架14的高度为1600mm-2100mm范围内可调，因此在本实施方式中，将第二中心柱段23的长度设置为500mm，也即齿条24的长度为500mm。

如图4b所示，定位槽25沿着齿轮22周向等弧度地设置在齿轮22与连接有升降摇臂21相对的表面上。在本实施方式中，在齿轮22表面上设有12个定位槽25，当通过升降摇臂21带动齿轮22转动一定的角度使载物工作架14到达预定高度后，需要将弹簧定位销26放入定位槽25中对齿轮22进行定位，防止齿轮22转动影响载物工作架14的高度位置。需要注意的是，由于太空中没有重力作用，容易造成弹簧定位销26松脱的情况，所以需要确认弹簧定位销26与定位槽25的配合情况。

图5a和图5b是示意性表示根据本发明的俯仰单元的结构示图。如图所示，在本实施方式中，俯仰单元3位于升降单元2的下方，俯仰单元3包括立柱31、俯仰手柄32、插齿33和拉杆34。升降单元2的第二中心柱段23位于立柱31内部，在第二中心柱段23与立柱31的连接端设有限位结构，用于防止升降单元2工作时出现第二中心柱段23脱离立柱31的情况发生。

在本实施方式中，俯仰把手32与立柱31连接并伸入到立柱31的内部，插齿33设置在立柱31内部，拉杆34也设置在立柱31内部，拉杆34的上端与俯仰把手32连接，下端与插齿33连接。

图6a和图6b分别是示意性表示根据本发明的折叠单元处于折叠状态和展开状态的结构示图。如图所示，折叠单元4包括基座固定端41、基座旋转轴42、基座旋转端43。结合图1、图5a、图5b、图6a、6b和图7所示，折叠单元4的基座固定端41与俯仰单元3的立柱31下端连接，立柱31与基座固定端41为铰连接。当将俯仰把手32向下压时，俯仰把手32带动拉杆34可以是立柱31与基座固定端41相对转动，从而可以调整本发明舱外多功能操作平台的俯仰角度。

在本实施方式中，基座固定端41上设有分度齿411，分度齿411可与插齿33相互啮合，在拉杆34与插齿33连接一端设有复位弹性件35，复位弹性件35可以是复位弹簧。当压下俯仰把手32时，俯仰把手32带动拉杆34进而带动插齿33脱离分度齿411，转过一定的角度后，松开俯仰把手32，通过复位弹性件35使插齿33回弹与分度齿411相互啮合固定。在本实施方式中，分度齿411的分度刻度为30°，每分度的增量为6°也就是说，俯仰单元3可以调整的俯仰角度范围为-30°至30°，每次调整至少转动角度为6°。

在本实施方式中，基座旋转轴42与基座固定端41固定连接，基座旋转端43与基座旋转轴42可转动连接。如图6a所示，当折叠单元4处于上行折叠锁定状态时，基座旋转轴42的限位块分别与基座固定端41、基座旋转端43的限位相嵌，此时基座旋转端43不能进行相对转动。

如图6b所示，当宇航员对基座旋转轴42进行向下按压时，基座旋转轴42限位块脱离基座固定端41的限位，这是基座旋转端43由于脱离了基座旋转轴42的限位，可以自由旋转。此外，基座固定端41和基座旋转端42分别刻有锁定与解锁标识，当基座旋转端43从锁定状态解锁时，宇航员可旋转基座旋转端43，使两个解锁标识重合，此时宇航员松手，基座旋转轴42由于旋转轴压簧44的弹簧力回弹。

图8是示意性表示根据本发明的连接单元的结构示图。本发明的连接单元5安装在舱外固定座上，实现对本发明舱外多功能操作平台的定位。如图8所示，本发明的连接单元5包括转环51、转轴52、转杆53、锁舌54和锁舌连杆55。

在本实施方式中，连接单元5整体呈柱状体结构，转环51设置在柱状体的表面上，转轴52设置在柱状体的内部，转杆53设置在柱状体的内部，一端与转环51连接，另一端与转轴52连接。锁舌连杆55设置在柱状体内部，一端连接转轴52，另一端连接锁舌54。

连接单元5的操作方法如下：

宇航员一手将连接单元5对准航天器舱外固定座插入，插入时锁舌54压回柱状体中，到达固定座里侧凹槽时自动弹回，实现连接单元5的固定及本发明多功能操作平台的锁定。解锁时宇航员旋转转环51，带动转杆53、转轴53旋转，锁舌连杆55发生平移带动锁舌54回到柱状体内，完成解锁。

本发明的舱外多功能操作平台的设计涉及到间歇分度机构、锁紧机构、解锁结构等机构知识运用，兼顾宇航员可视可达性和运动包络要求，使操作台具有旋转、升降、俯仰、折叠和快速连接功能，同时为舱外更换设备、维修工具和工具包提供固定连接接口，为宇航员提供一款灵活、轻便及能够满足舱外操作功能需求的操作平台具，方便宇航员舱外作业，为其完成舱外任务提供稳定便利的保障条件。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种舱外多功能操作平台，其特征在于，包括：依次顺序连接的回转单元（1）、升降单元（2）、俯仰单元（3）、折叠单元（4）和连接单元（5）；

所述升降单元（2）可带动所述回转单元（1）上下移动；

所述俯仰单元（3）与所述折叠单元（4）为铰连接；

所述回转单元（1）包括：

插销固定座（11）；

第一中心柱段（12），位于所述插销固定座（11）下方与所述插销固定座（11）连接；

分度圆柱（13），套设在所述第一中心柱段（12）外周与所述插销固定座（11）可相互转动；

载物工作架（14），与所述分度圆柱（13）固定连接；

回转插销（15），与所述插销固定座（11）连接;

所述分度圆柱（13）外圆周上设有与所述回转插销（15）相配合的限位插槽（131），所述限位插槽（131）在所述分度圆柱（13）外圆周上等间隔设置;

所述升降单元（2）包括：

升降摇臂（21）；

齿轮（22），与所述升降摇臂（21）固定连接；

第二中心柱段（23），表面设有与所述齿轮（22）相啮合的齿条（24）；

定位槽（25），沿周向等弧度地设置在所述齿轮（22）上；

弹簧定位销（26），与所述定位槽（25）可相互配合;

所述第二中心柱段（23）的长度为500mm。

2.根据权利要求1所述的舱外多功能操作平台，其特征在于，所述载物工作架（14）上设有可调接口和挂件卡槽。

3.根据权利要求1所述的舱外多功能操作平台，其特征在于，所述俯仰单元（3）包括：

立柱（31）；

俯仰手柄（32），与所述立柱（31）连接并伸入所述立柱（31）内部；

插齿（33），位于所述立柱（31）内部；

拉杆（34），位于所述立柱（31）内部，一端与所述俯仰手柄（32）连接，另一端与所述插齿（33）连接；

所述拉杆（34）与所述插齿（33）连接的一端设有复位弹性件（35）。

4.根据权利要求3所述的舱外多功能操作平台，其特征在于，所述折叠单元（4）包括：

基座固定端（41），与所述立柱（31）下端可转动连接；

基座旋转轴（42），与所述基座固定端（41）固定连接；

基座旋转端（43），与所述基座旋转轴（42）可转动连接。

5.根据权利要求4所述的舱外多功能操作平台，其特征在于，所述基座固定端（41）设有分度齿（411），所述分度齿（411）的分度刻度为30°，每分度的增量为6°。

6.根据权利要求1所述的舱外多功能操作平台，其特征在于，所述连接单元（5）包括：

转环（51）；

转轴（52）；

转杆（53），一端与所述转环（51）连接，另一端与所述转轴（52）连接；

锁舌（54），用于固定所述舱外多功能操作平台；

锁舌连杆（55），一端与所述转轴（52）连接，另一端与所述锁舌（54）连接。