CN109573111B - 一种通用型大容差空间对接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用型大容差空间对接机构,包括:对接手指机构、收拢机构、对接机构基座、驱动电机Ⅰ、驱动电机Ⅱ和主驱动丝杠;收拢机构通过对接手指机构与对接机构基座连接;驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ设置在对接机构基座的腔体内,通过主驱动丝杠与对接手指机构连接。本发明能够同时对多种目标进行抓捕对接,同时降低对接时相对位置姿态精度,增加对接的容差。
Description
技术领域
本发明属于空间对接技术领域,尤其涉及一种通用型大容差空间对接机构。
背景技术
传统的适用于在轨空间飞行器任务抓捕对接的对接机构只能对某一种特定型号的特定对接特征位置进行抓捕对接,当应对多种抓捕对接目标时,现有对接机构所受局限比较大。
发明内容
本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足,提供一种通用型大容差空间对接机构,能够同时对多种目标进行抓捕对接,同时降低对接时相对位置姿态精度,增加对接的容差。
为了解决上述技术问题,本发明公开了一种通用型大容差空间对接机构,包括:对接手指机构(1)、收拢机构(2)、对接机构基座(3)、驱动电机Ⅰ(4)、驱动电机Ⅱ(5)和主驱动丝杠(6);
收拢机构(2)通过对接手指机构(1)与对接机构基座(3)连接;
驱动电机Ⅰ(4)和驱动电机Ⅱ(5)设置在对接机构基座(3)的腔体内,通过主驱动丝杠(6)与对接手指机构(1)连接。
在上述通用型大容差空间对接机构中,对接手指机构(1),包括:对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103);收拢机构(2),包括:收拢环Ⅰ(201)、收拢环Ⅱ(202)和收拢环Ⅲ(203);
收拢环Ⅰ(201)、收拢环Ⅱ(202)和收拢环Ⅲ(203)依次收尾相连闭合;
收拢环Ⅰ(201)、收拢环Ⅱ(202)和收拢环Ⅲ(203)通过对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)与对接机构基座(3)连接。
在上述通用型大容差空间对接机构中,还包括:内部顶紧机构(7);
内部顶紧机构(7)设置在对接机构基座(3)顶部;对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)围绕内部顶紧机构(7)设置。
在上述通用型大容差空间对接机构中,还包括:驱动电机Ⅱ副齿轮(10)和驱动电机Ⅱ主齿轮(11);
驱动电机Ⅰ(4)和驱动电机Ⅱ(5)设置在对接机构基座(3)的底座上;
主驱动丝杠(6)的一端与内部顶紧机构(7)连接,另一端上安装有驱动电机Ⅱ副齿轮(10);
驱动电机Ⅱ(5)的一端与驱动电机Ⅱ主齿轮(11)连接;
驱动电机Ⅱ副齿轮(10)与驱动电机Ⅱ主齿轮(11)啮合。
在上述通用型大容差空间对接机构中,还包括:驱动电机Ⅰ副齿轮(12)和驱动电机Ⅰ主齿轮(13);其中,对接手指机构(1),还包括:手指缩放驱动盘轴承(104)和手指缩放驱动盘(105);
驱动电机Ⅰ(4)的一端与驱动电机Ⅰ主齿轮(13)连接;
手指缩放驱动盘轴承(104)设置在手指缩放驱动盘(105)内;
驱动电机Ⅰ副齿轮(12)与驱动电机Ⅰ主齿轮(13)啮合。
在上述通用型大容差空间对接机构中,手指缩放驱动盘(105)上设置有曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053);
对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)的一端分别对应设置在曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053)内。
在上述通用型大容差空间对接机构中,曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053)上分别设置有自锁段和工作段。
在上述通用型大容差空间对接机构中,内部顶紧机构(7),包括:内部顶紧盖(71),楔形顶紧弹簧(72)、楔形顶紧块(73)、楔形内撑(74)、氮气弹簧(75)、主弹簧(76)和内部顶紧螺母(77);
内部顶紧盖(71)设置在内部顶紧机构(7)顶部;
内部顶紧螺母(77)与主驱动丝杠(6)的一端连接;
内部顶紧螺母(77)通过氮气弹簧(75)与楔形内撑(74)连接;
主弹簧(76)环绕氮气弹簧(75)设置;
内部顶紧机构(7)通过楔形顶紧弹簧(72)和楔形顶紧块(73)与对接机构基座(3)连接。
在上述通用型大容差空间对接机构中,内部顶紧盖(71)由喷管固定面(711)和对接环固定面(712)光滑过渡连接构成。
在上述通用型大容差空间对接机构中,还包括:快速拆装法兰(8)、快速装拆法兰旋钮(9)和弹簧销(14);
对接机构基座(3)与快速拆装法兰(8)通过螺钉连接固定;
快速装拆法兰旋钮(9)通过弹簧销(14)与快速拆装法兰(8)连接,旋转快速装拆法兰旋钮,可实现对接机构在救援卫星上的安装与拆卸。
本发明具有以下优点:
本发明采用转盘式欠驱动方式,对接手指机构的运动由一个电机驱动,同步松开与收紧。设计有两种不同对接部位,可以针对直径小于340mm的卫星喷管或星箭对接环进行抓捕对接。
附图说明
图1是本发明实施例中一种通用型大容差空间对接机构的结构示意图;
图2是本发明实施例中一种通用型大容差空间对接机构的剖视图;
图3是本发明实施例中一种内部顶紧机构的结构示意图;
图4是本发明实施例中一种内部顶紧盖的结构示意图;
图5是本发明实施例中一种通用型大容差空间对接机构的局部放大示意图;
图6是本发明实施例中一种手指缩放驱动盘的俯视图;
图7是本发明实施例中一种曲线槽道的示意图;
图8是本发明实施例中一种通用型大容差空间对接机构的松开状态示意图;
图9是本发明实施例中一种通用型大容差空间对接机构的抱紧状态示意图;
图10是本发明实施例中一种快速拆装法兰的安装示意图;
图11是本发明实施例中一种接触角度示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1~9,在本实施例中,所述通用型大容差空间对接机构,包括:对接手指机构1、收拢机构2、对接机构基座3、驱动电机Ⅰ4、驱动电机Ⅱ5和主驱动丝杠6。具体的:
收拢机构2通过对接手指机构1与对接机构基座3连接;驱动电机Ⅰ4和驱动电机Ⅱ5设置在对接机构基座3的腔体内,通过主驱动丝杠6与对接手指机构1连接。
在本发明的一优选实施例中,对接手指机构1具体可以包括:对接手指Ⅰ101、对接手指Ⅱ102和对接手指Ⅲ103;收拢机构2具体可以包括:收拢环Ⅰ201、收拢环Ⅱ202和收拢环Ⅲ203。其中,收拢环Ⅰ201、收拢环Ⅱ202和收拢环Ⅲ203依次收尾相连闭合;收拢环Ⅰ201、收拢环Ⅱ202和收拢环Ⅲ203通过对接手指Ⅰ101、对接手指Ⅱ102和对接手指Ⅲ103与对接机构基座3连接。
其中,需要说明的是,对接手指的数量不仅限于3个,对接手指的数量越多,对接机构对接的可靠性越高。
在本发明的一优选实施例中,所述通用型大容差空间对接机构还可以包括:内部顶紧机构7。其中,内部顶紧机构7设置在对接机构基座3顶部;对接手指Ⅰ101、对接手指Ⅱ102和对接手指Ⅲ103围绕内部顶紧机构7设置。内部顶紧机构7实现了向上顶紧和侧向圆周顶紧的目的。
优选的,内部顶紧机构7具体可以包括:内部顶紧盖71,楔形顶紧弹簧72、楔形顶紧块73、楔形内撑74、氮气弹簧75、主弹簧76和内部顶紧螺母77。其中,内部顶紧盖71设置在内部顶紧机构7顶部;内部顶紧螺母77与主驱动丝杠6的一端连接;内部顶紧螺母77通过氮气弹簧75与楔形内撑74连接;主弹簧76环绕氮气弹簧75设置;内部顶紧机构7通过楔形顶紧弹簧72和楔形顶紧块73与对接机构基座3连接。可见,内部顶紧机构整体在一个弹簧上,可以实现对接机构和对接目标的柔性接触,防止刚性接触导致的目标硬碰撞逃逸导致任务失败。在顶紧时,内部顶紧盖由氮气弹簧顶紧,氮气弹簧在压缩量变化时能够保持顶紧力不变,实现稳定对接。
优选的,内部顶紧盖71由喷管固定面711和对接环固定面712光滑过渡连接构成。
在本发明的一优选实施例中,所述通用型大容差空间对接机构还可以包括:驱动电机Ⅱ副齿轮10和驱动电机Ⅱ主齿轮11。其中,驱动电机Ⅰ4和驱动电机Ⅱ5设置在对接机构基座3的底座上;主驱动丝杠6的一端与内部顶紧机构7连接,另一端上安装有驱动电机Ⅱ副齿轮10;驱动电机Ⅱ5的一端与驱动电机Ⅱ主齿轮11连接;驱动电机Ⅱ副齿轮10与驱动电机Ⅱ主齿轮11啮合。
在本发明的一优选实施例中,所述通用型大容差空间对接机构还可以包括:驱动电机Ⅰ副齿轮12和驱动电机Ⅰ主齿轮13。其中,对接手指机构1,还包括:手指缩放驱动盘轴承104和手指缩放驱动盘105;驱动电机Ⅰ4的一端与驱动电机Ⅰ主齿轮13连接;手指缩放驱动盘轴承104设置在手指缩放驱动盘105内;驱动电机Ⅰ副齿轮12与驱动电机Ⅰ主齿轮13啮合。
优选的,手指缩放驱动盘105上设置有曲线槽道Ⅰ1051、曲线槽道Ⅱ1052和曲线槽道Ⅲ1053;对接手指Ⅰ101、对接手指Ⅱ102和对接手指Ⅲ103的一端分别对应设置在曲线槽道Ⅰ1051、曲线槽道Ⅱ1052和曲线槽道Ⅲ1053内。所有对接手指的收紧与松开由一个手指缩放驱动盘带动,手指缩放驱动盘上的曲线槽道带动对接手指上的销轴进行滑动。
优选的,曲线槽道Ⅰ1051、曲线槽道Ⅱ1052和曲线槽道Ⅲ1053上分别设置有自锁段和工作段。工作段从外到内依次收紧,带动对接手指收紧与松开。锁紧段为与对接机构同心的圆弧,当对接手指上的销钉滑进此段圆弧时,可以实现自锁的功能,只有电机端驱动才能使离开此段曲线,若由外界干扰带动,不能使离开此段曲线。此自锁功能可以在对接机构断电情况下仍然保持对接抱紧状态,增加对接机构的安全性,使整体对接机构达到降低功耗的目的。
其中,曲线槽道的数量与对接手指的数量一致。
在本发明的一优选实施例中,所述通用型大容差空间对接机构还可以包括:快速拆装法兰8、快速装拆法兰旋钮9和弹簧销14。其中,对接机构基座3与快速拆装法兰8通过螺钉连接固定;快速装拆法兰旋钮9通过弹簧销14与快速拆装法兰8连接,旋转快速装拆法兰旋钮,可实现对接机构在救援卫星上的安装与拆卸。
在本发明的一优选实施例中,如图10,本实施例所述的对接机构能够对直径小于340mm的不同型号规格的卫星喷管或星箭对接环进行抓捕对接,抓紧的手指端部有两种接触角度,满足抓捕喷管或对接环时都能形成面接触,增加对接之后的轴向摩擦力,加强了对接的稳定性。
在上述实施例的基础上,下面对该通用型大容差空间对接机构的工作原理进行简单说明。
(1)对接机构与快速装拆法兰通过螺钉连接,固定在一起。快速装拆法兰通过旋转快速装拆法兰旋钮,实现对接机构在救援卫星上的安装与拆卸,对接机构是安装在救援卫星上的末端执行器,用于救援卫星用途。
(2)对接机构由驱动电机Ⅰ和驱动电机Ⅱ驱动:驱动电机Ⅰ的输出轴与驱动电机Ⅰ主齿轮固定,驱动电机Ⅰ输出扭矩,带动驱动电机Ⅰ主齿轮转动。驱动电机Ⅰ主齿轮与驱动电机Ⅰ副齿轮啮合,驱动电机Ⅰ主齿轮带动驱动电机Ⅰ副齿轮转动。驱动电机Ⅰ副齿轮与手指缩放驱动盘共轴固定带动手指缩放驱动盘转动。手指缩放驱动盘内设置有手指缩放驱动盘轴承属于交叉滚子轴承,用来保证手指缩放驱动盘转动时整体机构的轴向刚度和径向刚度。
(3)手指缩放驱动盘上的曲线滑槽与对接手指上的销形成槽连接,从而驱动对接手指的收紧与放开。曲线滑槽上的曲线分为两端,工作段和自锁段,两端曲线相且,形成光滑过度。工作段曲线由外至内的曲率逐渐增大,形成一条渐开线。随着手指缩放驱动盘逆时针旋转,对接手指逐渐向中心收紧。反向同理松开。当旋转到自锁段时,由于自锁段曲线是与对接机构轴线同心的曲线,对接手指不受外力,不会收紧与松开。当电机断电后外界扰动不会导致对接手指松开或收紧。只有电机启动后正转或反转才能够驱动对接手指。
(4)内部顶紧机构用于在轴向和侧向对目标物抱紧。驱动电机Ⅱ带动驱动电机Ⅱ主齿轮,驱动电机Ⅱ主齿轮与驱动电机Ⅱ副齿轮啮合传动,驱动电机Ⅱ副齿轮与主驱动丝杠固连,从而驱动主驱动丝杠转动。主驱动丝杠与内部顶紧螺母形成丝杠螺母运动副,传递运动和扭矩。内部顶紧螺母可以沿着轴线上下运动。内部顶紧螺母上部与氮气弹簧下部的支耳连接成销连接关系,氮气弹簧的上部支耳与内部顶紧盖连接成销连接关系。氮气弹簧可以在压缩量变化时保持恒定的力。这样在内部顶紧螺母向上运动时可以驱动内部顶紧盖向上运动,而且保值恒定的推力,还可以有缓冲弹性力。内部顶紧盖上设计有楔形内撑,它随之向上运动。楔形顶紧块在对接机构基座上可以侧向滑动,它与对接机构基座之间有弹簧,当楔形内撑向上时,推动楔形顶紧块向外滑动,用来将目标物在侧向顶紧。
(5)对接手指上与喷管和对接环接触的部位不同,接触角度也不同,本发明根据目标物的特征设计了两种对接部位,确保两种目标物在对接时都能在对接部位形成面接触,增加摩擦力和对接可靠性。
(6)在内部顶紧盖上有两个不同的对接部位,对接固定面和喷管固定面。对接环固定面用于顶紧星箭对接环的端面。喷管固定面用于顶紧喷管的内壁。
(7)快速装拆法兰旋钮向外侧旋转使弹簧销收起,向内侧旋转使弹簧销放下。弹簧销用于插在对接机构的环形燕尾槽中,用于固定对接机构的轴向运动。在对接机构根部安装有反向对接接口,与救援飞行器本体的合作目标接口对接,作为救援飞行器与目标卫星之间的辅助连接,提高了救援飞行器与目标卫星之间的机构连接刚度。且可实现对接机构的快速更换。不同规格的对接机构使用一个通用型接口,可实现对接机构在地面上的快速更换,适应更多在轨型号卫星的抓捕对接任务。
本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (2)
1.一种通用型大容差空间对接机构,其特征在于,包括:对接手指机构(1)、收拢机构(2)、对接机构基座(3)、驱动电机Ⅰ(4)、驱动电机Ⅱ(5)、主驱动丝杠(6)、内部顶紧机构(7)、驱动电机Ⅱ副齿轮(10)、驱动电机Ⅱ主齿轮(11)、驱动电机Ⅰ副齿轮(12)和驱动电机Ⅰ主齿轮(13);其中,对接手指机构(1),包括:对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)、对接手指Ⅲ(103)、手指缩放驱动盘轴承(104)和手指缩放驱动盘(105);收拢机构(2),包括:收拢环Ⅰ(201)、收拢环Ⅱ(202)和收拢环Ⅲ(203);
内部顶紧机构(7)设置在对接机构基座(3)顶部,对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)围绕内部顶紧机构(7)设置,收拢环Ⅰ(201)、收拢环Ⅱ(202)和收拢环Ⅲ(203)依次首尾相连闭合并通过对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)与对接机构基座(3)连接;
驱动电机Ⅰ(4)和驱动电机Ⅱ(5)设置在对接机构基座(3)的底座上,主驱动丝杠(6)的一端与内部顶紧机构(7)连接,另一端上安装有驱动电机Ⅱ副齿轮(10),驱动电机Ⅱ(5)的一端与驱动电机Ⅱ主齿轮(11)连接,驱动电机Ⅱ副齿轮(10)与驱动电机Ⅱ主齿轮(11)啮合;
驱动电机Ⅰ(4)的一端与驱动电机Ⅰ主齿轮(13)连接,手指缩放驱动盘轴承(104)设置在手指缩放驱动盘(105)内,驱动电机Ⅰ副齿轮(12)与驱动电机Ⅰ主齿轮(13)啮合;
手指缩放驱动盘(105)上设置有曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053),对接手指Ⅰ(101)、对接手指Ⅱ(102)和对接手指Ⅲ(103)的一端分别对应设置在曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053)内,曲线槽道Ⅰ(1051)、曲线槽道Ⅱ(1052)和曲线槽道Ⅲ(1053)上分别设置有自锁段和工作段;
其中:
内部顶紧机构(7),包括:由喷管固定面(711)和对接环固定面(712)光滑过渡连接构成的内部顶紧盖(71)、 楔形顶紧弹簧(72)、楔形顶紧块(73)、楔形内撑(74)、氮气弹簧(75)、主弹簧(76)和内部顶紧螺母(77);内部顶紧盖(71)设置在内部顶紧机构(7)顶部,内部顶紧螺母(77)与主驱动丝杠(6)的一端连接,内部顶紧螺母(77)通过氮气弹簧(75)与楔形内撑(74)连接,主弹簧(76)环绕氮气弹簧(75)设置,内部顶紧机构(7)通过楔形顶紧弹簧(72)和楔形顶紧块(73)与对接机构基座(3)连接。
2.根据权利要求1所述的通用型大容差空间对接机构,其特征在于,还包括:快速拆装法兰(8)、快速装拆法兰旋钮(9)和弹簧销(14);
对接机构基座(3)与快速拆装法兰(8)通过螺钉连接固定;
快速装拆法兰旋钮(9)通过弹簧销(14)与快速拆装法兰(8)连接,旋转快速装拆法兰旋钮,可实现对接机构在救援卫星上的安装与拆卸。
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