CN109625342B - 面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，具体涉及一种面向空间的抗随机力干扰可实现低功耗的空间黏附爪组件。主要用于空间航天器对典型目标表面的黏附和脱附。本发明的优点主要有：第一，本发明提供一种基于干黏附材料的黏附爪组件，可以实现对目标的法向承载能力，以及实现对沿目标黏附表面各切向载荷的均衡承载能力；第二，本发明可使各向承载力均衡，具有抗随机力干扰特性，可实现黏附爪在操作目标全过程中对目标的稳定黏附；第三，本发明采用模块化设计，各黏附单元通过绕各自对称轴背离目标方向的对折运动实现脱附，该运动不会使附着装置自身及目标产生位移，故可将脱附功耗降到最低。

Description

面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件

技术领域

本发明涉及一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件。

背景技术

当前,空间碎片越来越多,已经严重威胁到了航天器的安全运行。这已经引起了各航天强国的高度重视。相关国家已对此开展了大力研究。传统的机械包络捕获装置不适用于捕获大尺寸碎片的场合。故，清理空间碎片任务亟需一种不受碎片尺寸、形状影响的黏附装置。基于干黏附原理的捕获装置应运而生。此种黏附装置是对壁虎脚掌的仿生设计。其中，黏附黏附爪组件是黏附装置的关键功能部件，直接决定着黏附装置完成在轨清理工作的性能。

现有黏附爪组件采用一对黏附片，两黏附材料分别固定于两滑块上，滑块与滑块支承板间通过柔性绳限定最大位置。滑块与滑块支承板间有一柔性支承件。两滑块在其相对侧系有柔性连接腱，另一侧各有一个拉伸弹簧牵拉。柔性绳对黏附材料的切向加载过程进行限位。切向加载时，连接腱在与其垂直的加载腱的拉动下张紧，拉动连接腱两端的滑块切向移动。卸载时，加载腱放松。

故，现有黏附爪组件黏附完成向后操作目标时，因滑块沿黏附面法向不可限位，加之同时受到加载腱斜向后拉的作用力，滑块必然发生倾斜，造成黏附面极易从两滑块相对侧脱附，故黏附力实际难以维持。且因其只采用一对各向异性黏附材料，黏附爪只有当载荷沿黏附面内一特定方向时，才可表现出对目标最大的黏附力。当载荷沿黏附面内其他方向时，黏附爪对目标的黏附力将大大降低。故其不可实现黏附目标对沿黏附面各个方向的随机载荷均衡的抵抗力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件。

为解决上述问题，本发明提供一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，包括：

黏附单元1和中心连接块2，用于空间航天器对典型目标表面的黏附和脱附，其中，

所述中心连接块2连接的六个向心周向均布的黏附单元1形成整机，以使整机成中心对称构型，所述黏附单元1包括传动限位模块3、四杆机构模块4、黏附功能模块5，其中，所述传动限位模块3分别与四杆机构模块4和黏附功能模块5连接，所述传动限位模块，用于驱动所述四杆机构模块运动，从而带动黏附功能模块沿黏附目标表面切向加载或卸载，或用于带动所述黏附功能模块向背离目标的方向对折转动实现脱附。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述四杆机构模块4包括连杆4-1、连杆4-2、扇形板4-3、扇形板4-4、导向轴4-5、铰链4-6、4-7、4-8、青铜基石墨自润滑滑动轴承4-9、4-10、4-11、双螺母4-12、铜基聚四氟乙烯涂层衬套4-13、4-14、4-15，其中，

连杆4-1、连杆4-2、扇形板4-3、扇形板4-4组成的四杆机构，通过铰链连接，连杆与扇形板固连；所述铰链4-6、4-7和4-8分别连接青铜基石墨自润滑滑动轴承4-9、4-10、4-11；所述铰链4-5的表面设置铜基聚四氟乙烯涂层衬套4-13、4-14、4-15。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述铰链4-6、4-7、4-8采用现成的内六角铰制孔用螺栓。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述限位模块3包括传动螺栓3-1、提拔杆3-2、防转限位板3-3、青铜材料滑板3-4、双螺母3-5。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述限位板3-3的滑槽与导向轴4-5在两侧配合。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述扇形板4-3、扇形板4-4，用于绕各自导向轴向背离目标的方向对折转动以实现脱附。

进一步的，在上述面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件中，所述黏附单元底部自上而下依次为转接底板层5-1、传感器层5-2、丙烯酸泡棉缓冲粘结层5-3、干黏附材料层5-4。

与现有技术相比，本发明的优点主要有三点：

第一，本发明提供一种基于干黏附材料的黏附爪组件，可以实现对目标的法向承载能力，以及实现对沿目标黏附表面各切向载荷的均衡承载能力；第二，本发明可使各向承载力均衡，具有抗随机力干扰特性，可实现黏附爪在操作目标全过程中对目标的稳定黏附；第三，本发明采用模块化设计，各黏附单元通过绕各自对称轴背离目标方向的对折运动实现脱附，该运动不会使附着装置自身及目标产生位移，故可将脱附功耗降到最低。

附图说明

图1是本发明一实施例的黏附组件轴向视图；

图2是本发明一实施例的控的示意图；

图3是本发明一实施例的黏附单元图；

图4是本发明一实施例的黏附单元轴向视图；

图5是本发明一实施例的黏附单元轴面剖视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～3所示，本发明提供一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，包括：黏附单元1和中心连接块2，用于空间航天器对典型目标表面的黏附和脱附，其中，

所述中心连接块2连接的六个向心周向均布的黏附单元1形成整机，以使整机成中心对称构型，所述黏附单元1包括传动限位模块3、四杆机构模块4、黏附功能模块5，其中，所述传动限位模块3分别与四杆机构模块4和黏附功能模块5连接，所述传动限位模块，用于驱动所述四杆机构模块运动，从而带动黏附功能模块沿黏附目标表面切向加载或卸载，或用于带动所述黏附功能模块向背离目标的方向对折转动实现脱附。

在此，本发明的目的是解决传统黏附爪在随机载荷作用下不能对目标实现可靠黏附的问题，针对附着装置抗随机力干扰和低功耗要求，设计了一种可以作为服务航天器使用的黏附爪组件，所述中心连接块连接的六个向心周向均布的黏附单元，使整机成中心对称构型，以保证在采用各向异性黏附材料时，整机可沿黏附表面各切向承受几乎相等的载荷；所述传动限位模块可驱动四杆机构模块运动，从而带动黏附功能模块沿黏附目标表面切向加载或卸载，也可带动黏附功能模块向背离目标的方向对折转动实现脱附，因脱附时未使黏附装置自身及目标产生位移，故可将脱附功耗降到最低。

如图4、图5所示，本发明的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件一实施例中，所述四杆机构模块4包括连杆4-1、连杆4-2、扇形板4-3、扇形板4-4、导向轴4-5、铰链4-6、4-7、4-8、青铜基石墨自润滑滑动轴承4-9、4-10、4-11、双螺母4-12、铜基聚四氟乙烯涂层衬套4-13、4-14、4-15，其中，连杆4-1、连杆4-2、扇形板4-3、扇形板4-4组成的四杆机构，通过铰链连接，连杆与扇形板固连。为缩减制造成本，铰链4-6、4-7、4-8采用现成的内六角铰制孔用螺栓4-6、4-7和4-8。为最大程度减小在空间真空、高低温交变、强辐射条件下机构卡死的可能性，减小机构复杂程度，最大程度提高机构可靠性，机构所有运动副均采用具有固体自润滑功能的滑动轴承，所述铰链4-6、4-7和4-8分别连接青铜基石墨自润滑滑动轴承4-9、4-10、4-11。为减小径向尺寸，所述铰链4-5的表面设置铜基聚四氟乙烯涂层衬套4-13、4-14、4-15。

在此，为轴向固定衬套4-13、4-15，防止其沿轴向脱出，采用沉头螺钉将之固定于扇形上。为防止在空间高低温环境中因运动副材料线膨胀系数不一致造成运动副过盈卡死，经计算，运动副采用较大的间隙配合。

为使装配时便于调整沿铰链4-6轴向、连杆4-2与提拨杆3-2的间隙，既消除此处的响应延迟，也不致影响滑动轴承4-10与提拔杆3-2间的自由转动，采用如图5中所示的双螺母4-12锁紧措施。为使黏附单元与外接驱动凸轮板间润滑更好，最大程度减小材料磨损与能耗，采用如图5所示的青铜材料滑板3-4。各黏附单元采用如图5中所示的铰制孔用螺栓3-1传动，传动螺栓3-1既可驱动黏附单元沿导向轴4-5切向加载或卸载，也可驱动黏附单元绕导向轴4-5向背离目标的方向对折转动实现脱附。为使黏附单元在凸轮的侧向力作用下不致翻到，采用如图5中所示的防转限位板3-3对黏附单元进行限位。为使防转限位板更好限位，使限位板3-3的滑槽与导向轴4-5在两侧配合。

为最大程度精简机构，提高机构可靠性，使一个零件尽量起到多个作用，例如，导向轴4-5同时起到了4个作用：导向轴4-5可在对各黏附单元切向加载或卸载时作为各黏附单元的向心或离心移动轴使用；导向轴4-5可在脱附或回折复位时作为各黏附单元向后对折或回折复位的旋转轴使用；导向轴4-5还用以配合防转限位板限位防转；此外，连接于中心连接块上的6个导向轴4-5构成了整个黏附装置的骨架的一部分。

本发明的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件一实施例中，各黏附单元1可在黏附表面存在法向预压力时沿处于各自对称轴上的导向轴(铰链)4-5向心作动，收紧黏附材料以对黏附材料施加加载力，增大黏附力实现牢固黏附，也可沿各自的导向轴4-5离心移动以减小黏附力方便脱附。

本发明的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件一实施例中，所述扇形板4-3、扇形板4-4可绕各自导向轴向背离目标的方向对折转动实现轻松脱附。

本发明的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件一实施例中，本发明所述限位模块3包括传动螺栓3-1、提拔杆3-2、防转限位板3-3、青铜材料滑板3-4、双螺母3-5。

本发明的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件一实施例中，所述黏附单元底部自上而下依次为转接底板层5-1、传感器层5-2、丙烯酸泡棉缓冲粘结层5-3、干黏附材料层5-4。

在此，丙烯酸泡棉缓冲粘结层5-3既可将干黏附材料层5-4牢固粘接于传感器层5-2上，也可使作用于干黏附材料层5-4上的力均匀分散于传感器层5-2上，转接板5-1可将黏附单元底部部分固定于黏附单元扇形板上，并且方便拆装、更换黏附单元底部部分。

本发明的优点主要有三点：第一，本发明提供一种基于干黏附材料的黏附爪组件，可以实现对目标的法向承载能力，以及实现对沿目标黏附表面各切向载荷的均衡承载能力；第二，本发明可使各向承载力均衡，具有抗随机力干扰特性，可实现黏附爪在操作目标全过程中对目标的稳定黏附；第三，本发明采用模块化设计，各黏附单元通过绕各自对称轴背离目标方向的对折运动实现脱附，该运动不会使附着装置自身及目标产生位移，故可将脱附功耗降到最低。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，包括：

黏附单元（1）和中心连接块（2），用于空间航天器对典型目标表面的黏附和脱附，其中，

所述中心连接块（2）连接的六个向心周向均布的黏附单元（1）形成整机，以使整机成中心对称构型，所述黏附单元（1）包括传动限位模块（3）、四杆机构模块（4）、黏附功能模块（5），其中，所述传动限位模块（3）分别与四杆机构模块（4）和黏附功能模块（5）连接，所述传动限位模块，用于驱动所述四杆机构模块运动，从而带动黏附功能模块沿黏附目标表面切向加载或卸载，或用于带动所述黏附功能模块向背离目标的方向对折转动实现脱附；

所述四杆机构模块（4）包括连杆（4-1）、连杆（4-2）、扇形板（4-3）、扇形板（4-4）、导向轴（4-5）、铰链（4-6、4-7、4-8）、青铜基石墨自润滑滑动轴承（4-9、4-10、4-11）、双螺母（4-12）、铜基聚四氟乙烯涂层衬套（4-13、4-14、4-15），其中，

连杆（4-1）、连杆（4-2）、扇形板（4-3）、扇形板（4-4）组成的四杆机构，通过铰链连接，连杆与扇形板固连；所述铰链（4-6、4-7、4-8）分别连接青铜基石墨自润滑滑动轴承（4-9、4-10、4-11）；所述铰链（4-6、4-7、4-8）的表面设置铜基聚四氟乙烯涂层衬套（4-13、4-14、4-15）。

2.如权利要求1所述的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，所述铰链（4-6、4-7、4-8）采用内六角铰制孔用螺栓。

3.如权利要求1所述的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，所述传动限位模块（3）包括传动螺栓（3-1）、提拔杆（3-2）、防转限位板（3-3）、青铜材料滑板（3-4）、双螺母（3-5）。

4.如权利要求3所述的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，所述防转限位板（3-3）的滑槽与导向轴（4-5）在两侧配合。

5.如权利要求1所述的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，所述扇形板（4-3）、扇形板（4-4），用于绕各自导向轴向背离目标的方向对折转动以实现脱附。

6.如权利要求1所述的面向空间的抗随机力干扰低功耗黏附爪组件，其特征在于，所述黏附单元底部自上而下依次为转接底板层（5-1）、传感器层（5-2）、丙烯酸泡棉缓冲粘结层（5-3）、干黏附材料层（5-4）。

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