CN109720607A - 用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，包括连接头和连接槽，所述的连接槽上设置有凹槽部分，连接头上设置有凸出部分；连接头的凸出部分与连接槽的凹槽部分相配合连接；所述的凹槽部分底部设置有第一磁铁，凸出部分顶部设置有与第一磁铁产生引力的第二磁铁；连接槽四周设置有多个插销，插销顶端设置第一磁极；凸出部分上四周设置有与插销对应的插孔，插孔设置有与第一磁极产生引力的第二磁极，第二磁极吸引第一磁极能够使得插销插入插孔内。

Description

用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构
技术领域
本发明涉及空间操作和空间桁架搭建技术领域，具体为一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构。
背景技术
随着空间技术的飞速发展，空间系统在人类日常生活中的作用越来越突出，当前空间技术的研究态势已经从探索、利用空间逐步拓展到探索、利用和控制空间。随着人类对空间研究、开发与应用能力的不断提高，空间试验对试验条件也提出了越来越高的要求，很多工作需要宇航员出仓操作。但是宇宙空间环境复杂，无论是真空环境还是宇宙辐射，还是告诉运动的太空碎片，都具有很高的危险性。本发明可以配合空间操作机器人在宇宙空间搭建桁架机构，并在有高度的自适应性，在较大范围内实现可靠地自动连接和可靠自锁，在不消耗星上能源的情况下增加飞船现有结构的静稳定度和拓展飞船可用面积。
现有的连接机构都主要面对大型航天器主题结构的对接。
1966年3月16日，航天员Neil Armstrong和Dave Scott乘坐双子座八号飞船，手动操作交会过程，与无人“阿金纳”目标飞行器对接，成功执行了世界上第一次对接使命。“双子座”、“阿金纳”的对接机构称为“锥/杯”对接机构，或“锥体/锥套”机构。
在对接过程中，“双子座”上界面的凸部(椎体)进入“阿金纳”对接适配器上的凹部(锥套)，这一逼近过程将应用安装在“双子座”凸锥体上的“指引棒”对准。指引棒与“阿金纳”上的V型槽口互动，插入槽口中。在锥体进入锥套后，碰锁将紧闭，以防两个飞行器滑离。接着，锥套向后缩回，将“双子座”向内拉动，实现紧密的刚性连接。
“(原始)联盟”是联盟号系列载人飞船的鼻祖，其杆锥机构在对接后，也不能形成内部转移通道。“(原始)联盟”在苏联载人月球规划的作用与“双子座”在美国载人月球规划中的作用十分相似，就是通过在地球轨道上的交会对接试验，为月球飞行提供实质性的方法与技术。
要在太空环境中搭建桁架机构，需要可靠的连接以保证结构稳定。
传统的机构有螺钉固定、焊接、铆接等。
螺钉固定是一种传统的固定连接方式，但是需要将螺丝与螺母配合，通过旋转的方式进行安装固定，在操作中存在的问题是，除了被连接件以外，还有额外的配件螺丝和螺母，即使将螺母提前紧固在连接件上，也需要配备螺丝才能完成固定。而且即便是人工操作，也存在螺丝孔孔位难以对准的问题，更别提通过机械臂进行操作，不仅如此，螺丝的紧固程度也难以评估。
焊接的连接方式较螺丝相比，连接强度更高，但是工艺十分复杂。在恶劣的太空环境中，焊接工艺难以进行，而且焊接过程会产生高温，对正在工作的零部件产生严重影响，对结构部件的加热也会使其强度发生改变。
铆接与螺钉连接类似，也需要添加额外部件，但是属于一次性连接，铆钉在被装备后若要拆除则将作废，不能重复使用。
综上考虑，需要设计一款结构本身可以达到可靠连接并牢固锁定，可以重复使用的连接机构。
发明内容
为解决现有技术存在是问题，本发明提供了一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，该结构可以达到可靠连接并牢固锁定，可以重复使用的连接机构。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，包括连接头和连接槽，所述的连接槽上设置有凹槽部分，连接头上设置有凸出部分；连接头的凸出部分与连接槽的凹槽部分相配合连接；所述的凹槽部分底部设置有第一磁铁，凸出部分顶部设置有与第一磁铁产生引力的第二磁铁；连接槽四周设置有多个插销，插销顶端设置第一磁极；凸出部分上四周设置有与插销对应的插孔，插孔设置有与第一磁极产生引力的第二磁极，第二磁极吸引第一磁极能够使得插销插入插孔内。
所述的连接头的凸出部分呈锥状，连接槽的凹槽部分为锥型。
所述的连接头的凸出部分上凹设形成颈部，插孔设置在颈部上。
所述的颈部为圆形或者正多边形。
所述的凹槽部分与凸出部分边缘均倒圆角。
所述的凹槽部分与凸出部分间隙配合。
所述的连接头和/或连接槽上设置有用于连接杆件的杆件接孔。
所述的连接头为圆柱体，凸出部分沿圆柱体轴线设置；连接槽为圆柱体，凹槽部分沿圆柱体轴线设置。
还包括转接头，所述的转接头上设置有多个转接孔，连接槽设置在一个转接孔内。
所述的转接头为立方体结构，其每个面上均设置一个转接孔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的连接机构的接头凸出部分与连接槽凹下部分相对应。当凸出的连接头与连接槽正好对应时，连接头可以伸入连接槽内，相靠近过程中靠连接头顶部和连接槽底部的磁铁的吸引力自动吸附完成；当完全伸入后，连接槽四周的插销由于插销头顶端微型磁极的作用，自动弹出，结构被锁定，接头无法从槽中拔出，从而达到“锁定”的效果。接头和连接槽设有磁极，所以整个结构在靠近到一定范围时可松开夹持，整体结构由于磁力的作用相互靠近，最终实现连接。
进一步，凹槽件顶端设圆角，接头件顶端设圆角，该结构使结构具有更大的冗余度和容错率，防止结构在相互吸引的过程中卡住。
进一步，连接头滑入连接槽后，连接头与凹槽严格对应，连接头颈部与连接槽插销平面严格对应，插销在微磁极的作用下进入颈部，实现连接锁定。连接锁定完成后，两部分仍能做同轴旋转，而不影响连接的稳定性，且对插销和颈部做特殊表面处理后，亦不会产生较大摩擦，可作为可拆卸的活动机构使用。
进一步，转接头能够将多个杆件按不同角度连接在一起，连接数量和角度均可通过设计不同的转接头实现，即该连接机构具有一定的普适性，在不同结构中无需做特殊变动。
附图说明
图1为连接机构示意图；
图2为连接机构拆卸示意图；
图3为连接槽示意图；
图4为连接头示意图；
图5为多个连接槽的连接机构拆卸示意图；
图6为多个连接槽的连接机构组装示意图；
图中：100.连接槽，101.凹槽部分，102.插销，103.第一磁铁，200.连接头，201.第二磁铁，202.插孔，203.凸出部分，204.颈部，300.杆件，400.转接头，401.转接孔。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1和图2所示，本发明一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，该连接机构的连接头200呈锥状，连接头200的凸出部分203与连接槽100凹槽部分101相对应。
如图2和图3所示，该模型为简单的单槽-单杆模型，当连接头200的凸出部分203与连接槽100正好对应时，连接头200可以伸入连接槽100内，相靠近过程中靠连接头200顶部的第二磁铁201和连接槽100底部的第一磁铁103的吸引力自动吸附完成；当完全伸入后，连接槽100四周的插销102由于插销头顶端微型磁极的作用，自动弹出插入插孔202，结构被锁定，连接头200无法从连接槽100中拔出，从而达到“锁定”的效果。
连接头200和连接槽100设有磁极，所以整个结构在靠近到一定范围时可松开夹持(如机械臂夹持)，整体结构由于磁力的作用相互靠近，最终实现连接。
连接槽100顶端设圆角，连接头200顶端设圆角，该结构使结构具有更大的冗余度和容错率，防止结构在相互吸引的过程中卡住。
在零件相互靠近的过程中，锥形连接头200可以自动滑入连接槽100中，进而连接头200凸出部分及颈部204分别与连接槽100对应位置对准，颈部204内部的微型磁极与插销102顶部的微型磁极产生引力作用，插销102弹出，嵌入颈部204的插孔202中，实现紧固连接。
如图4所示，正八边形颈部204主体可实现插销连接后的同轴旋转锁定。可将颈部204主体修改为圆柱形主体，即可在纵向完成锁定，并满足同轴可自由旋转的要求。
连接头200滑入连接槽100后，连接头200“顶部”与凹槽“底部”严格对应，连接头200颈部与连接槽插销102平面严格对应，插销102在微磁极的作用下进入颈部204，实现连接锁定。连接锁定完成后，两部分仍能做同轴旋转，而不影响连接的稳定性，且对插销和颈部做特殊表面处理后，亦不会产生较大摩擦，可作为可拆卸的活动机构使用。
如图5和图6所示，在实际应用中连接槽100可以添加带有多个凹槽部分101的拐角，增加转接头400，转接头400的每个面上均设置有转接孔401，一个连接槽100设置在一个转接孔401内。每个连接头200连接一个杆件300；这样一个转接头400可以将多个杆件300按不同角度连接在一起，连接数量和角度均可通过设计不同的转接头实现，即该连接机构具有一定的普适性，在不同结构中无需做特殊变动。
以上，仅为本发明的较佳实施例，并非仅限于本发明的实施范围，凡依本发明专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1.一种用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，包括连接头(200)和连接槽(100)，所述的连接槽(100)上设置有凹槽部分(101)，连接头(200)上设置有凸出部分(203)；连接头(200)的凸出部分(203)与连接槽(100)的凹槽部分(101)相配合连接；所述的凹槽部分(101)底部设置有第一磁铁(103)，凸出部分(203)顶部设置有与第一磁铁(103)产生引力的第二磁铁(201)；连接槽(100)四周设置有多个插销(102)，插销(102)顶端设置第一磁极；凸出部分(203)上四周设置有与插销(102)对应的插孔(202)，插孔(202)设置有与第一磁极产生引力的第二磁极，第二磁极吸引第一磁极能够使得插销(102)插入插孔(202)内。
2.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的连接头(200)的凸出部分(203)呈锥状，连接槽(100)的凹槽部分(101)为锥型。
3.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的连接头(200)的凸出部分(203)上凹设形成颈部(204)，插孔(202)设置在颈部(204)上。
4.根据权利要求3所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的颈部(204)为圆形或者正多边形。
5.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的凹槽部分(101)与凸出部分(203)边缘均倒圆角。
6.根据权利要求1或5所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的凹槽部分(101)与凸出部分(203)间隙配合。
7.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的连接头(200)和/或连接槽(100)上设置有用于连接杆件(300)的杆件接孔。
8.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的连接头(200)为圆柱体，凸出部分(203)沿圆柱体轴线设置；连接槽(100)为圆柱体，凹槽部分(101)沿圆柱体轴线设置。
9.根据权利要求1所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，还包括转接头(400)，所述的转接头(400)上设置有多个转接孔(401)，连接槽(100)设置在一个转接孔(401)内。
10.根据权利要求9所述的用于空间桁架连接的多冗余插销式连接机构，其特征在于，所述的转接头(400)为立方体结构，其每个面上均设置一个转接孔(401)。
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