CN110217410A - 一种对接环捕获锁紧机构及捕获锁紧方法 - Google Patents
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Abstract
一种对接环捕获锁紧机构，包括至少三个抓捕手，每个抓捕手包括活动手爪、电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手抓转接件、直线导轨、壳体；所述电机通过传动齿轮带动滚珠丝杆转动；所述活动手爪通过活动手爪转接件安装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠带动所述活动手爪沿所述直线导轨移动；所述滚珠丝杆、直线导轨均安装在所述壳体上；所述活动手爪用于捕获锁紧外部对接环。本发明不需要机械臂等其它机构进行前期的辅助捕获、连接，直接与控制分系统配合完成全部的捕获、对接、锁紧任务，尤其适用已经在轨和后续未定制卫星，实现在轨服务。
Description
技术领域
本发明涉及一种对接环捕获锁紧机构及捕获锁紧方法，属于空间捕获对接技术领域。
背景技术
目前国内外在轨服务领域的空间捕获或对接主要采用如下几种方式：1)通用多关节机械臂完成捕获对接，机械臂系统复杂，成本高，且对接后两星之间的连接刚度小，主要用于卫星维修等空间操作；2)飞网式对接机构问题包括：飞网式捕获后无法分离，主要用于拖动离轨等，；3)其它空间捕获对接机构存在问题包括：对接过程中冲击力大，损伤星载科学仪器。且主要针对的是合作目标，需要目标星布置安装把手，不能适用于已经在轨的目标卫星。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种对接环捕获锁紧机构，采用至少三个抓捕手，每个抓捕手包括活动手爪、电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手爪转接件、直线导轨、壳体；所述电机通过传动齿轮带动滚珠丝杆转动；所述活动手爪通过活动手爪转接件安装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠带动所述活动手爪沿所述直线导轨移动；所述滚珠丝杆、直线导轨均安装在所述壳体上；所述活动手爪用于捕获锁紧外部对接环。本发明不需要机械臂等其它机构进行前期的辅助捕获、连接，直接与控制分系统配合完成全部的捕获、对接、锁紧任务，尤其适用已经在轨和后续未定制卫星，实现在轨服务。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种对接环捕获锁紧机构，包括至少三个抓捕手，每个抓捕手包括活动手爪、电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手爪转接件、直线导轨、壳体；
所述电机通过传动齿轮带动滚珠丝杆转动；所述活动手爪通过活动手爪转接件安装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠带动所述活动手爪沿所述直线导轨移动；所述滚珠丝杆、直线导轨均安装在所述壳体上；
所述活动手爪用于捕获、锁紧外部对接环。
上述对接环捕获锁紧机构，还包括横梁、直线导轨固定件、固定手爪；所述直线导轨通过直线导轨固定件安装在所述壳体上；所述固定手爪安装在所述横梁上，所述横梁安装在所述直线导轨固定件上；所述活动手爪和固定手爪之间形成空腔，用于容纳外部对接环。
上述对接环捕获锁紧机构，还包括活动手爪减振器、横梁减振器；所述活动手爪减振器安装在活动手爪与活动手爪转接件之间远离滚珠丝杠的一侧；所述横梁减振器安装在横梁与直线导轨固定件之间靠近滚珠丝杠的一侧。
上述对接环捕获锁紧机构，还包括直线电位计，所述直线电位计用于测量所述活动手爪的移动距离。
上述对接环捕获锁紧机构，所述活动手爪与外部对接环的接触面为阶梯状，所述接触面从远离直线导轨到靠近直线导轨的方向上依次包括第一平面、第二平面、第三平面、第四斜面、第五平面和第六弧面；所述第一平面和第二平面配合用于捕获外部对接环，所述第四斜面用于校正外部对接环的轴向位置；所述第五平面和第六弧面配合用于锁紧外部对接环。
上述对接环捕获锁紧机构，所述第一平面和所述第六弧面之间的距离小于等于外部对接环翻边宽度。
上述对接环捕获锁紧机构，所述固定手爪与外部对接环的接触面为平面。
上述对接环捕获锁紧机构，所述活动手爪减振器和横梁减振器均为金属减振器。
上述对接环捕获锁紧机构，还包括电机支架，所述电机通过电机支架安装在所述壳体上。
一种对接环捕获方法，其特征在于，采用上述对接环捕获锁紧机构，所述对接环捕获锁紧机构安装在捕获星上，包括如下步骤：
S1、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星运动，使目标星的对接环的翻边进入所述活动手爪和固定手爪之间的空腔；
S2、电机依次带动传动齿轮、滚珠丝杠、活动手爪运动；所述活动手爪的第二平面与对接环的翻边重叠，实现捕获；
S3、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星靠近，使对接环的翻边位于第四斜面；电机继续带动活动手爪运动，使对接环的翻边与第五平面贴合，实现锁紧。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)采用高速直流电机驱动+滚珠丝杠传动+内爪支撑的对接环捕获锁紧方案及模块设计，结构简单可靠，工艺性良好；采用直线电位计配合整星测量敏感器进行系统闭环的测量及捕获方案，系统闭环的三爪捕获锁紧方案有效提高捕获过程可靠度；
(2)与目标星对接环存在接触、碰撞的手爪和横梁结构采用金属减振器支撑设计，降低碰撞力，耗散能量，减少振荡，并同时保证锁紧后的刚度和强度；
(3)定制的活动手爪结构，多个平面及斜面特征，充分利用目标星对接环结构特征，降低捕获前姿态精度要求，实现两星间高精度、高刚度锁紧；
(4)设计的备份固定手爪在正常情况下不工作，锁紧后与对接环之间有一定距离；当一个或两个活动手爪卡死时，最恶劣情况下采用一个活动手爪，到达锁紧位置后继续运动可以与对应的固定手爪配合，抱紧对接环，实现锁紧，提高了产品的可靠性；固定手爪采用平面结构，在服务星完成工作后，活动手爪后退，固定手爪不会与对接环钩挂，实现可靠分离；
(5)定制的中空壳体结构，具有多个优点：a)可容纳机构的驱动控制线路，实现机电一体化；b)壳体抬高抓捕手，使捕获、对接过程中两卫星之间具有一定距离，确保卫星安全的同时保证目标星结构位于光学测量敏感器的焦距范围内，确保测量敏感器可靠性；
(6)捕获对接方案采取目标星对接环为抓取目标，不需要机械臂等其它机构进行前期的辅助捕获、连接，直接与控制分系统配合完成全部的捕获、对接、锁紧任务，尤其适用已经在轨和后续未定制卫星，实现在轨服务。
附图说明
图1为抓捕手的安装位置示意图；
图2为抓捕手与目标星对接环的位置示意图；
图3为抓捕手的剖视示意图；
图4为抓捕手的外形结构示意图。
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的实施方式作进一步详细描述。
一种对接环捕获锁紧机构，包括至少三个抓捕手，每个抓捕手包括活动手爪、电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手爪转接件、直线导轨、壳体、横梁、直线导轨固定件、固定手爪、活动手爪减振器、横梁减振器、直线电位计、电机支架；
所述电机通过传动齿轮带动滚珠丝杆转动；所述活动手爪通过活动手爪转接件安装在滚珠丝杠的螺母上，所述滚珠丝杠通过所述螺母带动所述活动手爪沿所述直线导轨移动；所述滚珠丝杆通过直线导轨固定件安装在所述壳体上；
所述活动手爪用于捕获锁紧外部对接环。
所述直线导轨通过直线导轨固定件安装在所述壳体上；所述固定手爪安装在所述横梁上，所述横梁安装在所述直线导轨固定件上；所述活动手爪和固定手爪之间形成空腔，用于容纳外部对接环。
所述活动手爪减振器安装在活动手爪与活动手爪转接件之间远离滚珠丝杠的一侧；所述横梁减振器安装在横梁与直线导轨固定件之间靠近滚珠丝杠的一侧。所述活动手爪减振器和横梁减振器均为金属减振器。
所述活动手爪与外部对接环的接触面为阶梯状，所述接触面从远离直线导轨到靠近直线导轨的方向上依次包括第一平面、第二平面、第三平面、第四斜面、第五平面和第六弧面；所述第一平面和第二平面配合用于捕获外部对接环，所述第四斜面用于校正外部对接环的轴向位置；所述第五平面和第六弧面配合用于锁紧外部对接环。所述第一平面和所述第五平面之间的距离小于等于对接环翻边宽度。所述固定手爪与外部对接环的接触面为平面。
所述直线电位计用于测量所述活动手爪的移动距离。所述电机通过电机支架安装在所述壳体上。
一种对接环捕获方法，采用上述对接环捕获锁紧机构，所述对接环捕获锁紧机构安装在捕获星上，包括如下步骤：
S1、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星运动，使目标星的对接环的翻边进入所述活动手爪和固定手爪之间的空腔；
S2、电机依次带动传动齿轮、滚珠丝杠、活动手爪运动；所述活动手爪的第二平面与对接环的翻边重叠，实现捕获；
S3、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星靠近，使对接环的翻边位于第四斜面；电机继续带动活动手爪运动，使对接环的翻边与第五平面和第六弧面贴合，实现锁紧。
实施例1：
本专利主要是提出了一种对接环捕获锁紧机构，该机构由直流力矩电机、滚珠丝杠、直线导轨、直线电位计等组成。主要技术内容包括：
(1)对接环捕获锁紧机构整机由三个抓捕手模块组成，每个抓捕手技术状态相同，并圆周均布安装在卫星对接面舱板，抓捕手中心节圆尺寸与目标星对接环相同，工作时三个抓捕手的活动手爪相互配合移动，实现捕获、锁紧对接环，如图1和图2所示；
(2)每个抓捕手由活动手爪、直流力矩电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手爪转接件、直线导轨、壳体、横梁、直线导轨固定件、固定手爪、活动手爪减振器、横梁减振器、直线电位计、电机支架组成，如图3和图4所示；驱动采用高转速直流无刷电机，实现快速捕获；滚珠丝杠选取行程大，导程小结构，实现捕获径向包络大，锁紧后高刚度。
(3)所述活动手爪减振器安装在活动手爪与活动手爪转接件之间远离滚珠丝杠的一侧；所述横梁减振器安装在横梁与直线导轨固定件之间靠近滚珠丝杠的一侧；降低对接过程中与目标星对接环之间的振荡；活动手爪采用与对接环结构适应特征，包括翻边特征、斜面特征、台阶特征，分别用于实现捕获、校正、锁紧。设计备份用固定手爪，固定结构在其它抓捕手失效时，可实现单一手爪捕获锁紧。
(4)采用直线电位计进行位置测量，捕获过程中三个抓捕手捕获运动行程通过对接敏感器数据进行闭环，适应对接前两星的不同位置关系，实现高可靠捕获；锁紧后用于位置确认，实现两星高精度对接。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，包括至少三个抓捕手，每个抓捕手包括活动手爪、电机、滚珠丝杠、传动齿轮、活动手爪转接件、直线导轨、壳体；
所述电机通过传动齿轮带动滚珠丝杆转动；所述活动手爪通过活动手爪转接件安装在滚珠丝杠上，所述滚珠丝杠带动所述活动手爪沿所述直线导轨移动；所述滚珠丝杆、直线导轨均安装在所述壳体上；
所述活动手爪用于捕获、锁紧外部对接环。
2.根据权利要求1所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，还包括横梁、直线导轨固定件、固定手爪；所述直线导轨通过直线导轨固定件安装在所述壳体上；所述固定手爪安装在所述横梁上，所述横梁安装在所述直线导轨固定件上；所述活动手爪和固定手爪之间形成空腔，用于容纳外部对接环。
3.根据权利要求2所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，还包括活动手爪减振器、横梁减振器；所述活动手爪减振器安装在活动手爪与活动手爪转接件之间远离滚珠丝杠的一侧；所述横梁减振器安装在横梁与直线导轨固定件之间靠近滚珠丝杠的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，还包括直线电位计，所述直线电位计用于测量所述活动手爪的移动距离。
5.根据权利要求1所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，所述活动手爪与外部对接环的接触面为阶梯状，所述接触面从远离直线导轨到靠近直线导轨的方向上依次包括第一平面、第二平面、第三平面、第四斜面、第五平面和第六弧面；所述第一平面和第二平面配合用于捕获外部对接环，所述第四斜面用于校正外部对接环的轴向位置；所述第五平面和第六弧面配合用于锁紧外部对接环。
6.根据权利要求5所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，所述第一平面和所述第六弧面之间的距离小于等于外部对接环翻边的宽度。
7.根据权利要求2所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，所述固定手爪与外部对接环的接触面为平面。
8.根据权利要求3所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，所述活动手爪减振器和横梁减振器均为金属减振器。
9.根据权利要求1所述的一种对接环捕获锁紧机构，其特征在于，还包括电机支架，所述电机通过电机支架安装在所述壳体上。
10.一种对接环捕获方法，其特征在于，采用权利要求2～9之一所述的对接环捕获锁紧机构，所述对接环捕获锁紧机构安装在捕获星上，包括如下步骤：
S1、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星运动，使目标星的对接环的翻边进入所述活动手爪和固定手爪之间的空腔；
S2、电机依次带动传动齿轮、滚珠丝杠、活动手爪运动；所述活动手爪的第二平面与对接环的翻边重叠，实现捕获；
S3、捕获星带动所述对接环捕获锁紧机构向目标星靠近，使对接环的翻边位于第四斜面；电机继续带动活动手爪运动，使对接环的翻边与第五平面、第六弧面贴合，实现锁紧。
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