CN110979752A - 一种停泊机构自适应机械爪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种停泊机构自适应机械爪，位于空间货盘上安装的主动端内；包括对接爪、碟簧组件与纠偏机构；其中，对接爪为三个杆状结构，通过铰接座置于主动端内升降台周向，顶部具有对接头。对接头底面上安装有纠偏机构，通过纠偏机构实现对接过程中对接爪加工或装配误差带来的偏差纠正；上述铰接座与升降台底部碟簧组件相连，通过设计的碟簧组件有效的减少了货盘系统与空间站舱体对接时的载荷冲击；碟簧组件在被压缩后，较大的弹性势能使货盘系统与空间站舱体保持长期有效的张紧力，实现货盘系统的长期可靠连接。
Description
技术领域
本发明属于空间站货物运输领域，涉及一种对接分离机构，具体来说是一种停泊机构自适应机械爪，适用于空间货盘与空间站对接与分离。
背景技术
随着我国航天技术的发展，空间站的建立与发展是空间技术的重要集成与体现。未来我国空间站在轨飞行期间，需要空间货物资源的补给，需要将地面物资输送到空间站，实现空间货物在空间站的停靠。
空间货物将由货运飞船输送至空间预定区域，由空间站机械臂操作将货盘系统拉出并转移至空间站，与空间站舱体实现对接停靠与解锁分离。
三爪式构型是空间对接机构的常用形式，当前技术中由于三爪的加工和装配误差，以及使用过程中偏置外力的作用，导致三爪的尺寸一致性和同步性较差，而尺寸的不一致性又会加剧偏置外力的程度，使对接机构无法正常工作。此外，对于长期锁紧的对接机构，三爪受力不均匀易加剧应力松弛，导致机构预紧力发生突变或丧失。
发明内容
本发明针对如何实现空间货盘系统在空间站舱体的长期可靠的对接停靠和解锁分离，提出一种停泊机构自适应机械爪，通过双调节、自适应保证加工和装配误差以及偏载外力时三爪的结构尺寸一致性和受载同步性；通过两级碟簧组件2自适应调节克服长期压紧时三爪受力不均和机构预紧力突变问题。
本发明停泊机构自适应机械爪，位于空间货盘上安装的主动端内，包括对接爪、碟簧组件与纠偏机构。
其中，对接爪为三个杆状结构，顶部具有对接头，对接头向内弯折，底面为平面，三个对接爪周向等角度间隔设置，对接头均朝向主动端轴线。上述对接头底面上安装有纠偏机构，通过纠偏机构实现对接过程中对接爪加工或装配误差带来的偏差纠正。
三个对接爪末端分别通过铰接座置于被动端内部升降台上，该铰接座底部与位于升降台底部的碟簧组件相连，进而通过升降台的升降实现三个对接爪伸出被动端并展开以及收拢后收回主动端。
所述碟簧组件为三个，在升降台底部周向等角度间隔安装，安装位置分别对应三个对接爪与升降台间的铰接位置。三个碟簧组件均由碟簧、安装柱与限位螺母构成。其中，安装柱顶端由升降台底面穿过升降台，固定于对接爪末端铰接座底部；碟簧套于安装柱上，顶端与升降台底面间接触。安装柱底端螺纹安装的两个限位螺母，实现碟簧在安装柱上的轴向定位。
本发明的优点在于：
1、本发明停泊机构自适应机械爪，可完成货盘系统与空间站的对接、锁紧和解锁、分离操作。
2、本发明停泊机构自适应机械爪，在对接爪的对接头上安装球窝与球垫，可以实现多爪加工或装配误差带来的偏差纠正。
3、本发明停泊机构自适应机械爪，设计碟簧组件有效的减少了货盘系统与空间站舱体对接时的载荷冲击；碟簧组件在被压缩后，较大的弹性势能使货盘系统与空间站舱体保持长期有效的张紧力，实现货盘系统的长期可靠连接；
4、本发明停泊机构自适应机械爪，设计碟簧组件2分时两次压缩，第一次压缩80％，提高机构的固有刚度，利用多组碟簧的大行程实现多组手爪的加工和装配误差；第二次压缩剩余20％，实现锁紧状态的弹性加载，确保组合体锁定后应力松弛或结构突变导致的预紧力突变或大幅降低的风险。
5、本发明停泊机构自适应机械爪，升降台到碟簧组件到对接爪，各组件的刚度属于由强到弱，再由弱变强，升降平台的变形(可等效成大弹簧)和碟簧变形的耦合设计可以最大限度发挥组件的自适应。
附图说明
图1为本发明停泊机构自适应机械爪结构示意图。
图中：
1-对接爪 2-碟簧组件 3-纠偏机构
4-主动端 5-被动端 6-对接槽
7-铰接座 8-升降台 101-对接头
301-球窝 302-球垫 201-碟簧
202-安装柱 203-限位螺母
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明停泊机构自适应机械爪，位于空间货盘上安装的主动端4内，配合空间站舱体接口处安装的被动端5上的对接槽6，实现货盘系统与空间站的对接、锁紧和解锁、分离操作，如图1所示。
本发明停泊机构自适应机械爪包括对接爪1、碟簧组件2与纠偏机构3。其中，对接爪1为三个杆状结构，顶部具有对接头101，对接头101向内弯折，底面为平面，三个对接爪1周向等角度间隔设置，对接头101均朝向主动端4轴线。三个对接爪1末端分别通过铰接座7置于被动端5内部升降台8上，该铰接座7底部与位于升降台8底部的碟簧组件2相连，进而通过升降台8的升降实现三个对接爪1伸出被动端5并展开以及收拢后收回主动端4。由此通过控制升降台8上升，使三个对接爪1伸出并展开。进一步将主动端4移至三个手爪展开包络尺寸覆盖被动端5的范围内，此时由控制升降台8下降，使三个对接爪1收拢，使对接头101进入被动段上的对接槽6内；进一步三个对接爪1收回主动端4，过程中，三个对接爪1的对接头101在对接槽6内移动，直至三个对接头101底面分别与对接槽6端部的对接面接触，随后带动主动端4向被动端5移动，实现对接。
上述对接头101底面上安装有纠偏机构3，通过纠偏机构3实现对接过程中对接爪1加工或装配误差带来的偏差纠正。纠偏机构3包括球窝301与球垫302；其中，球窝安装于对接头101底面中部开槽内，球垫302与球窝301配合安装在球窝301中；在对接过程中，当球垫302接触到对接面时，会对对接爪1加工或装配误差带来的偏差自动调节，实现偏差纠正。
所述碟簧组件2作为重要缓冲机构，能够一定程度上可抵抗货盘系统受到的外载冲击。碟簧组件2为三个，在升降台8底部周向等角度间隔安装，安装位置分别对应三个对接爪1与升降台8间的铰接位置。三个碟簧组件2均由碟簧201、安装柱202与限位螺母203构成。其中，安装柱202顶端由升降台8底面穿过升降台8，固定于对接爪1末端铰接座7底部，可将安装柱202与铰接座7设计为一体结构。碟簧201套于安装柱202上，顶端与升降台8底面间接触。安装柱202底端螺纹安装的两个限位螺母203，实现碟簧201在安装柱202上的轴向定位，且初始装配时通过两个限位螺母203可调整碟簧组件2的初始压缩行程。
上述碟簧组件2的张紧力和压缩行程是根据主动端4运动行程进行计算，碟簧201在整个对接过程中分时两次压缩，第一次为初始装备时压缩80％，提高机构的固有刚度，利用多组碟簧201的大行程实现多组对接爪1的加工和装配误差；第二次为主动端4向被动端5移动过程中压缩剩余20％，实现对接状态的弹性加载，确保主动端4与被动端5的组合体锁定后应力松弛或结构突变导致的预紧力突变或大幅降低的风险。由此可见本发明中将碟簧201的压缩行程与对接爪1的运动行程采取解耦设计，既提高了碟簧201的压缩行程，同时也去除了对接爪1与对接槽6间狭小控制不易布局的困扰。
Claims (5)
1.一种停泊机构自适应机械爪，位于空间货盘上安装的主动端内；其特征在于：包括对接爪、碟簧组件与纠偏机构；其中，对接爪为三个杆状结构，顶部具有对接头，对接头向内弯折，底面为平面，三个对接爪周向等角度间隔设置，对接头均朝向主动端轴线；上述对接头底面上安装有纠偏机构，通过纠偏机构实现对接过程中对接爪加工或装配误差带来的偏差纠正；
三个对接爪末端分别通过铰接座置于被动端内部升降台上，该铰接座底部与位于升降台底部的碟簧组件相连，进而通过升降台的升降实现三个对接爪伸出被动端并展开以及收拢后收回主动端；
所述碟簧组件为三个，在升降台底部周向等角度间隔安装，安装位置分别对应三个对接爪与升降台间的铰接位置；三个碟簧组件均由碟簧、安装柱与限位螺母构成；其中，安装柱顶端由升降台底面穿过升降台，固定于对接爪末端铰接座底部；碟簧套于安装柱上，顶端与升降台底面间接触。安装柱底端螺纹安装的两个限位螺母，实现碟簧在安装柱上的轴向定位。
2.如权利要求1所述一种停泊机构自适应机械爪，其特征在于：对接爪的对接头与被动端周向上开设的与对接头形状匹配的对接槽配合，对接时使对接头在对接槽内沿对接槽移动，直至对接头底面分别与对接槽端部的对接面接触，随后带动主动端向被动端移动，实现对接。
3.如权利要求1所述一种停泊机构自适应机械爪，其特征在于：纠偏机构包括球窝与球垫；其中，球窝安装于对接头底面中部开槽内，球垫与球窝配合安装在球窝中。
4.如权利要求1所述一种停泊机构自适应机械爪，其特征在于：碟簧在整个对接过程中分时两次压缩，第一次为初始装配时压缩80％；第二次为主动端向被动端移动过程中压缩剩余20％。
5.如权利要求1所述一种停泊机构自适应机械爪，其特征在于：升降台到碟簧组件到对接爪，各组件的刚度属于由强到弱，再由弱变强。
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