CN109515771A - 一种空间微干扰释放机构及其锁紧、微干扰释放方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间微干扰释放机构及其锁紧、微干扰释放方法，驱动外壳连接于单导轨滑台上，随滑台沿导轨往复移动，驱动外壳的一端与力传感器横梁相连，另一端设有驱动外手指，力传感器横梁上安装有上顶面；驱动内手指容置于驱动外壳内，驱动内手指一端的内部连接有内支柱，另一端与驱动外手指的一端相连，驱动外手指另一端开有通孔，且内部容置有顶尖，顶尖与驱动外手指另一端之间设有弹簧；内支柱的一端由驱动内手指伸出，并与上顶面连接，内支柱的另一端与顶尖的一端之间设有低压压电驱动器。本发明采用宏观运动与微观运动相结合的设计，实现了宏观运动锁紧，微观低干扰释放，极大地降低了释放机构对目标物体的干扰。

Description

一种空间微干扰释放机构及其锁紧、微干扰释放方法

技术领域

本发明涉及释放机构，具体地说是一种空间微干扰释放机构及其锁紧、微干扰释放方法。

背景技术

微干扰释放技术在大量的微重力的封闭实验过程和航天过程中都有广泛的应用，在航天发射中常常遇到对于目标物体既需要在发射过程中能够提供大的束缚力，抵抗强振动和高压强，又需要到了太空中对目标物进行微干扰释放，达到最小末速度释放，从而保证安全性和实验的精确性。

与此同时，现有的释放机构由于运输过程中需要对实验物体进行夹紧，在释放物体的时候会存在大的面粘合力，从而造成实验物品释放后存在较大的释放初速度，对实验的准确性造成较大的影响，难以适用于微重力条件下的各种科学实验。

发明内容

针对现有释放机构存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种空间微干扰释放机构及其锁紧、微干扰释放方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的机构包括力传感器横梁、上顶面、单导轨滑台、内支柱、驱动内手指、低压压电驱动器、弹簧、驱动外手指、顶尖及驱动外壳，其中驱动外壳连接于单导轨滑台上，随滑台沿导轨往复移动，该驱动外壳的一端与力传感器横梁相连，另一端设有驱动外手指，所述力传感器横梁上安装有上顶面；所述驱动内手指容置于驱动外壳内，该驱动内手指一端的内部连接有内支柱，另一端与所述驱动外手指的一端相连，该驱动外手指另一端开有通孔，且内部容置有顶尖，所述顶尖与驱动外手指另一端之间设有弹簧；所述内支柱的一端由驱动内手指伸出，并与上顶面连接，该内支柱的另一端与所述顶尖的一端之间设有低压压电驱动器，所述顶尖的另一端在低压压电驱动器的驱动下可由所述通孔伸出；

其中：所述驱动外手指的另一端为锥台状，当所述微干扰释放机构与目标物体对接时，该锥台状的锥面与所述目标物体的锥形面平滑对接锁紧；

所述顶尖的轴向截面呈“T”形，该“T”形竖边的底部为锥面，且该底部沿轴向向外延伸成圆柱；所述通孔的一端为与所述锥面对应的锥形孔，另一端为与所述圆柱对应的直通圆柱孔；

所述低压压电驱动器与内支柱之间设有平衡轴向零部件加工误差的调节隔圈，该调节隔圈上开设有走线槽；

所述驱动内手指的一端通过销与内支柱连接，实现轴向固定，该驱动内手指的另一端与所述驱动外手指一端内部螺纹连接；

所述驱动内手指的一端端部开设有用于走线的方形长槽，该驱动内手指内的上部为圆形孔，下部为用于限制所述低压压电驱动器位置的方形孔；

所述内支柱位于驱动内手指内的部分与该驱动内手指内壁之间留有供走线的间隙；

所述力传感器横梁为两端厚中间薄的臂式结构，薄壁的部分用于粘贴应变片；

所述驱动外壳的一端开设有走线孔，该驱动外壳通过支撑板与所述单导轨滑台的滑台连接。

本发明空间微干扰释放机构的锁紧、微干扰释放方法为：

首先，所述滑台通过电机驱动带动驱动外壳沿导轨向接近目标物体的方向运动，在与目标物体进行对接锁紧的过程中，所述驱动外手指的另一端与目标物体上的锥面接触，实现了对目标物体位置的锁紧固定，所述微干扰释放机构对目标物体施加束缚力，用于抵抗振动和压强或运动过程中的干扰；当需要对目标物体释放时，所述低压压电驱动器工作伸出，向外推动所述顶尖，所述弹簧被压缩，使顶尖由所述驱动外手指上的通孔伸出、与目标物体接触，将所述驱动外手指顶离目标物体，此时只有顶尖与目标物体接触，实现该驱动外手指与目标物体的大面积接触到所述顶尖与目标物体的小面积接触的转换，消除面粘合力；然后，所述低压压电驱动器停止工作，通过被压缩的弹簧将顶尖顶离目标物体，从而实现微干扰释放；最后，电机驱动所述单导轨滑台复位。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明采用宏观运动与微观运动相结合的设计，实现了宏观运动锁紧，微观低干扰释放，极大地降低了释放机构对目标物体的干扰。

2.本发明锁紧释放的目标物体只需要加工出与驱动外手指相配合的45°锥面以及平台，就可以与该微释放结构相配合，简单易实现。

3.本发明轴向零件连接紧密，驱动均采用两个直线驱动器，控制简单，操作简便。

4.本发明利用力传感器横梁来检测内部低压压电驱动器的驱动力，来测量微驱动器的位移距离，工作可靠性强。

附图说明

图1为本发明机构的整体结构主视图；

图2为本发明机构的整体结构左视图；

图3为本发明机构的整体结构俯视图；

图4为本发明机构的整体结构剖视图；

图5为本发明机构的立体结构示意图；

图6为本发明机构中去掉单导轨滑台后的俯视剖视图；

图7为本发明机构中去掉单导轨滑台后的左视剖视图；

图8为本发明机构中驱动外壳和驱动内手指的剖视图；

图9为本发明机构中驱动外壳、驱动内手指和内支柱的剖视图；

图10为本发明机构中驱动内手指和内支柱的剖视图；

图11A为本发明机构的运动过程示意图之一；

图11B为本发明机构的运动过程示意图之二；

图11C为本发明机构的运动过程示意图之三；

图11D为本发明机构的运动过程示意图之四；

图11E为本发明机构的运动过程示意图之五；

图11F为本发明机构的运动过程示意图之六；

图11G为本发明机构的运动过程示意图之七；

图11H为本发明机构的运动过程示意图之八；

其中：1为力传感器横梁，2为上顶面，3为单导轨滑台，4为内支柱，5为销，6为调节隔圈，7为支撑板，8为驱动内手指，9为两个低压压电驱动器，10为碟形弹簧，11为驱动外手指，12为顶尖，13为驱动外壳，14为螺纹孔，15为通孔，16为薄壁，17为方形槽，18为走线孔，19为方形长槽，20为圆形孔，21为方形孔，22为直通圆柱孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～10所示，本发明的机构包括力传感器横梁1、上顶面2、单导轨滑台3、内支柱4、支撑板7、驱动内手指8、低压压电驱动器9、弹簧、驱动外手指11、顶尖12及驱动外壳13，其中驱动外壳13通过支撑板7与单导轨滑台3的滑台连接，支撑板7与单导轨滑台3的滑台以及与驱动外壳13之间均采用螺栓连接，支撑板7的上下底面均开有螺纹孔14，下底面的肋板处额外开有四个通孔15，用于安装顶部螺栓时工具的通过。本发明的单导轨滑台3采用电机驱动，驱动外壳13随滑台由电机驱动沿导轨往复移动。

驱动外壳13的一端采用螺栓与力传感器横梁1固连，另一端设有驱动外手指11，力传感器横梁1上采用螺栓连接有上顶面2。力传感器横梁1为两端厚中间薄的臂式结构，薄壁16的部分受力后能够产生较大变形，故在薄壁16处粘贴应变片，用于检测内部内支柱4传递给力传感器横梁1的力。驱动内手指8容置于驱动外壳13内，该驱动内手指8一端的内部连接有内支柱4，另一端与驱动外手指11的一端内部螺纹连接，该驱动外手指11另一端开有通孔，且内部容置有顶尖12。顶尖12与驱动外手指11另一端之间设有弹簧，本发明的弹簧为蝶形弹簧10；蝶形弹簧10在初始状态只与顶尖12接触，但不受力。内支柱4的一端由驱动内手指8伸出，并与上顶面2螺纹连接，该内支柱4的另一端与顶尖12的一端之间设有低压压电驱动器9，顶尖12的另一端在低压压电驱动器9的驱动下可由驱动外手指11上的通孔伸出。考虑到顶尖12的伸出距离及驱动内手指8的长度，本实施例的低压压电驱动器9为两个。

内支柱4的一端为圆柱状，制有外螺纹，与上顶面2螺纹连接，内支柱的外螺纹末端开有退刀槽。内支柱4上设有一圆盘，该圆盘位于驱动内手指8一端的端部，该圆盘以下的内支柱4的直径要小于圆圆盘的直径，这样即使内支柱4位于驱动内手指8内的部分与驱动内手指8内壁之间留有供走线的间隙。驱动内手指8的一端通过销5与内支柱4连接，贯穿内支柱4和驱动内手指8，实现轴向固定。

驱动内手指8的一端端部开设有用于走线的方形长槽19，本实施例的方形长槽19为两个，对称设置；该驱动内手指8内的上部为圆形孔20，下部为方形孔21，用于对低压压电驱动器9的位置进行限制，减小低压压电驱动器9的轴向转动。驱动内手指8的另一端外侧采用外螺纹，并相对增加了螺纹处的壁厚，允许承受更大的力，螺纹末端设有退刀槽。驱动外壳13一端的两侧均开设有走线孔18，该走线孔18呈长条状，并末端采用通孔，用于低压压电驱动器9的走线；两个走线孔18分别与两个方形长槽19相连通。

驱动外手指11的另一端为锥台状，本实施例的锥台轴向截面的两侧均为45°锥面，用于机构锁紧时提供较大的面粘合力来抵抗运动；当微干扰释放机构与目标物体对接时，该锥台状的45°锥面与目标物体的锥形面平滑对接锁紧。顶尖12的轴向截面呈“T”形，该“T”形竖边的底部为锥面(本实施例的锥面也为45°)，且该底部沿轴向向外延伸成圆柱；通孔的一端为与锥面对应的锥形孔(与锥面同样是45°)，限制顶尖12的位移量，通过的另一端为与圆柱对应的直通圆柱孔22。驱动外手指11的一端内螺纹，处采用了加厚处理，此处外形为方台结构，增加了螺纹处壁厚，允许此处螺纹承受更大的力。

低压压电驱动器9与内支柱4之间设有平衡轴向零部件加工误差的调节隔圈6，该调节隔圈6上沿圆周方向均匀开设有多个方形的走线槽(本实施例的走线槽为方形槽17)。考虑到轴向零部件的加工误差会对顶尖12上的圆柱与直通圆柱孔22的同轴度造成影响，因此，采用调节隔圈6，根据轴向零部件的误差来决定加厚或减薄调节隔圈6的厚度。

本发明的低压压电驱动器9为市购产品，购置于苏州迈客荣自动化技术有限公司，型号为PZT 150/3×3/18。

本发明空间微干扰释放机构的锁紧、微干扰释放方法为：

首先，接通驱动单导轨滑台3的电机电源，使滑台在电机驱动下带动支撑板7、支撑板7带动驱动外壳13、驱动外壳13再带动上段整体实现微干扰释放结构的宏观运动，如图11A、11B所示；运动设定距离后，微干扰释放机构接近目标物体，如图11C所示；此时，目标物体的45°锥面起到了很好的导向作用，使得微干扰释放机构即使位置存在一定误差仍然可以和目标物体平滑对接，驱动外手指11的锥面与目标物体的锥面相接触，实现微干扰释放机构与目标物体的配合；当驱动外手指11的锥面与目标物体的锥面完全接触时，实现了对目标物体位置的固定，如图11D所示；此时，微干扰释放机构可以对目标物体施加大的束缚力，用于抵抗强振动和高压强或运动过程中的一些干扰。

当需要对目标物体释放的时候，打开低压压电驱动器9的电源，驱动低压压电驱动器9伸出，压缩碟形弹簧10，从而使顶尖12由驱动外手指11的内部伸出，如图11E所示；随着顶尖12的持续伸出，顶尖12与目标物体接触，将驱动外手指11顶离目标物体，此时，只有顶尖12与目标物体接触，实现驱动外手指11与目标物体的大面积接触到顶尖12与目标物体的小面积接触的转换，大大减小了面粘合力，如图11F、11G所示；此时，停止对低压压电驱动器9供电，由于碟形弹簧10此时处于被压缩状态，一旦停止对低压压电驱动器9供电，碟形弹簧10将顶尖12顶离目标物体，从而实现了微干扰释放，如图11H所示；最后，电机驱动单导轨滑台3向后运动复位，从而完成整个任务过程。

本发明采用了宏观运动和微观运动相结合的形式，通过单导轨直线电机实现厘米级的宏观运动，又可以通过低压压电驱动器实现微米级的运动，能够实现宏观物体锁紧，微观的低干扰释放；同时，通过力传感器检测内部受力从而测量出微运动的位移，锁紧接触采用锥面结构极大地减小夹持时对实验物体的损害。外观独特，结构新颖，控制简单，工作可靠性强。

Claims (10)

1.一种空间微干扰释放机构，其特征在于：包括力传感器横梁(1)、上顶面(2)、单导轨滑台(3)、内支柱(4)、驱动内手指(8)、低压压电驱动器(9)、弹簧、驱动外手指(11)、顶尖(12)及驱动外壳(13)，其中驱动外壳(13)连接于单导轨滑台(3)上，随滑台沿导轨往复移动，该驱动外壳(13)的一端与力传感器横梁(1)相连，另一端设有驱动外手指(11)，所述力传感器横梁(1)上安装有上顶面(2)；所述驱动内手指(8)容置于驱动外壳(13)内，该驱动内手指(8)一端的内部连接有内支柱(4)，另一端与所述驱动外手指(11)的一端相连，该驱动外手指(11)另一端开有通孔，且内部容置有顶尖(12)，所述顶尖(12)与驱动外手指(11)另一端之间设有弹簧；所述内支柱(4)的一端由驱动内手指(8)伸出，并与上顶面(2)连接，该内支柱(4)的另一端与所述顶尖(12)的一端之间设有低压压电驱动器(9)，所述顶尖(12)的另一端在低压压电驱动器(9)的驱动下可由所述通孔伸出。

2.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述驱动外手指(11)的另一端为锥台状，当所述微干扰释放机构与目标物体对接时，该锥台状的锥面与所述目标物体的锥形面平滑对接锁紧。

3.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述顶尖(12)的轴向截面呈“T”形，该“T”形竖边的底部为锥面，且该底部沿轴向向外延伸成圆柱；所述通孔的一端为与所述锥面对应的锥形孔，另一端为与所述圆柱对应的直通圆柱孔(22)。

4.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述低压压电驱动器(9)与内支柱(4)之间设有平衡轴向零部件加工误差的调节隔圈(6)，该调节隔圈(6)上开设有走线槽。

5.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述驱动内手指(8)的一端通过销(5)与内支柱(4)连接，实现轴向固定，该驱动内手指(8)的另一端与所述驱动外手指(11)一端内部螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述驱动内手指(8)的一端端部开设有用于走线的方形长槽(19)，该驱动内手指(8)内的上部为圆形孔(20)，下部为用于限制所述低压压电驱动器(9)位置的方形孔(21)。

7.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述内支柱(4)位于驱动内手指(8)内的部分与该驱动内手指(8)内壁之间留有供走线的间隙。

8.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述力传感器横梁(1)为两端厚中间薄的臂式结构，薄壁(16)的部分用于粘贴应变片。

9.根据权利要求1所述的空间微干扰释放机构，其特征在于：所述驱动外壳(13)的一端开设有走线孔(18)，该驱动外壳(13)通过支撑板(7)与所述单导轨滑台(3)的滑台连接。

10.一种权利要求1至9任一权利要求所述空间微干扰释放机构的锁紧、微干扰释放方法，其特征在于：首先，所述滑台通过电机驱动带动驱动外壳(13)沿导轨向接近目标物体的方向运动，在与目标物体进行对接锁紧的过程中，所述驱动外手指(11)的另一端与目标物体上的锥面接触，实现了对目标物体位置的锁紧固定，所述微干扰释放机构对目标物体施加束缚力，用于抵抗振动和压强或运动过程中的干扰；当需要对目标物体释放时，所述低压压电驱动器(9)工作伸出，向外推动所述顶尖(12)，所述弹簧被压缩，使顶尖(12)由所述驱动外手指(11)上的通孔伸出、与目标物体接触，将所述驱动外手指(11)顶离目标物体，此时只有顶尖(12)与目标物体接触，实现该驱动外手指(11)与目标物体的大面积接触到所述顶尖(12)与目标物体的小面积接触的转换，消除面粘合力；然后，所述低压压电驱动器(9)停止工作，通过被压缩的弹簧将顶尖(12)顶离目标物体，从而实现微干扰释放；最后，电机驱动所述单导轨滑台(3)复位。