CN111361767A - 一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构。本发明将钢丝绳联动的轻量化优点与抱爪式对接机构的大容差能力的特点相结合，通过合理的结构布局，提出了一种超轻型空间对接机构的设计方法。在实现空间交会对接功能的同时，预留中心通道，实现电信号或其它信息或介质的传输。克服了现有的空间对接机构重量惯量较大的难题。

Description

一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构

技术领域

本发明涉及一种空间对接机构，特别是一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构。

背景技术

在空间探索过程中，空间对接机构广泛应用于两飞行器对接、停靠、能源补给等，是空间探索必需的装置。常见的空间对接机构构型主要包括：周边式对接机构、锥杆式对接机构、抱爪式对接机构等。

一般的对接机构结构尺寸和重量相对较大，不能满足微小型飞行器对接、停靠的要求，因此，对接机构的小型化、轻量化设计是本领域急需解决的问题。本发明旨在利用钢丝绳传动轻量化和便于布局的优点，提供一种结构紧凑、重量轻、快速对接、连接可靠、分离安全、预留中间通道、可多次重复工作的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，实现微小型飞行器的对接、停靠需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，以解决现有的空间对接机构结构尺寸大、重量大与微小型空间飞行器的对接、停靠、轻量化需求不匹配的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，包括主动端和被动端。所述主动端包括主动驱动机构、曲柄滑块机构、钢丝绳组件、抱爪机构和解锁机构，所述钢丝绳组件包括锁紧钢丝绳、打开钢丝绳和钢丝绳套杆，所述主动驱动机构输出端连接曲柄滑块机构，所述曲柄滑块机构的滑块上连接若干根锁紧钢丝绳，所述锁紧钢丝绳可随所述滑块同步运动，所述锁紧钢丝绳另一端连接所述抱爪机构的锁爪，从而实现各个锁爪同步运动；所述被动端上设有与所述若干个抱爪机构的位置相对应的若干个锁柄，所述若干个抱爪机构分别用于捕获对应位置的若干个锁柄。

进一步地，所述主动端还包括一底板，底板一侧安装所述主动驱动机构、解锁机构和周向均布若干个所述抱爪机构，另一侧安装所述曲柄滑块机构，所述钢丝绳通过所述底板上的通孔连接所述滑块和所述抱爪机构的锁爪每套所述抱爪机构包含两个锁爪，所述每个锁爪上连接两根钢丝绳，所述其中一根钢丝绳与所述滑块相连，通过所述滑块的直线运动实现锁爪的收合动作，所述另一根钢丝绳通过滑轮的过渡，最终与卷簧机构相连，通过所述卷簧机构的驱动力与所述滑块的反向运动相结合，实现所述锁爪的打开动作。

进一步地，所述抱爪机构中心安装V形块，所述V形块用于在捕获锁柄后校正锁柄的位置。

进一步地，所述被动端上设有两个锁销，所述主动端上的解锁机构设置有两个锁钩，所述锁销和锁钩用于在两飞行器对接到位时完成两飞行器的位置锁定。

进一步地，所述解锁机构由推杆、中间连杆和锁钩组成，所述推杆可由所述滑块推动，并通过所述中间连杆带动所述锁钩完成对所述被动端上所述锁销的解锁，实现两飞行器的分离动作。

进一步地，所述抱爪机构的V形块下部安装两个压缩弹簧，用于在两飞行器分离时提供两飞行器的相对速度。

进一步地，所述主动端和所述被动端中心位置安装浮动电连接器，所述主动端完成对所述被动端的校正后，随着二者的锁紧，完成所述主动端上浮动电连接器和所述被动端上相匹配的电连接器的插合。

本发明的有益效果在于，所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构通过多套钢丝绳的联动和多套周向均布的抱爪机构实现两飞行器的快速对接、锁紧、精确定位等功能，最终可实现两飞行器的可靠机械连接保持、电路连接、多次对接，通过解锁机构和V形块下部压缩弹簧实现两飞行器的快速、安全、可靠分离，取得了结构紧凑、重量轻、适应范围大、快速对接、连接可靠、分离安全、预留中间通道、可多次重复工作等有益效果。

附图说明

图1为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构主动端和被动端示意图；

图2为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构主动端视角1示意图；

图3为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构主动端视角2示意图；

图4为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构主动端视角3示意图；

图5为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构主动端抱爪机构剖视图；

图6为本发明所提供的超轻型钢丝绳联动式空间对接机构被动端示意图。

附图标记说明：1-主动端；2-被动端；11-主动驱动机构；111-电机；112-齿轮减速器；12-抱爪机构；121-打开钢丝绳；122-锁爪；123-卷簧机构；124-V形块；125-锁紧钢丝绳；126-钢丝绳套管；127-导向杆；128-压簧；13-解锁机构；131-锁钩；132-推杆；14-主动端浮动电连接器；15-底座；16-曲柄滑块机构；161-直线导轨；162-曲柄；163-连杆；164-滑块；17-微动开关；201-支架I；202-锁柄；203-锁销；204-被动端浮动电连接器；205-支架II。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

实施例一：

本发明提供了一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，如图1所示，该空间对接机构由主动端1和被动端2两部分组成，所述主动端1和被动端2分别安装于两个独立的飞行器上，对接时，所述主动端1的各抱爪机构分别与所述被动端2的锁柄位置一一对应。

如图2和图3所示，该主动端1的底座15一侧安装一套主动驱动机构11，周向均布三套抱爪机构12，中心安装一套主动端浮动电连接器14，所述主动端浮动电连接器14两侧安装两套解锁机构13；

如图4所示，该主动端1底座15另一侧安装一套曲柄滑块机构16、四套微动开关17。

所述主动驱动机构11由一套电机111和一套齿轮减速器112组成，所述电机111与所述齿轮减速器112的壳体连接，所述齿轮减速器的壳体与所述底座15连接，所述齿轮减速器112的输出轴与所述曲柄滑块机构16的曲柄162的中心孔连接，从而带动所述曲柄162完成正反向旋转运动。

所述曲柄滑块机构16由直线导轨161、曲柄162、连杆163、滑块164组成，所述曲柄162、连杆163、滑块164两两之间通过转动副连接，滑块164与直线导轨161之间通过移动副连接，当曲柄162转动时，通过连杆163带动滑块164沿着直线导轨161完成正反向直线运动。

该主动端1周向均布三套抱爪机构12，每套抱爪机构12由左右两套锁爪122、两套卷簧机构123、一个V形块124等组成，每个锁爪两侧连接两根钢丝绳，分别为打开钢丝绳121和锁紧钢丝绳125；所述打开钢丝绳121一端与所述锁爪122外侧连接，另一端与卷簧组件123的卷簧转轴连接；锁紧钢丝绳125的一端与锁爪122内侧连接，另一端与滑块164连接，所述锁紧钢丝绳125中间部分外部设置钢丝绳套管126，所述钢丝绳套管126与底座15连接，钢丝绳可在所述钢丝绳套管126中滑动；钢丝绳中间均通过滑轮过渡转向。

该主动端1的电连接器两侧适当位置安装两套解锁机构13，所述解锁机构主要由锁钩131、推杆132、中间连杆和扭簧组成。

所述微动开关17主要用于在该空间对接机构的关键位置给出检测信号。

如图5所示，为抱爪机构12的剖视图，抱爪机构V形块中间位置安装两套导向杆127和两套压簧128，用于提供对接完成后两飞行器的连接保持力和两飞行器分离时的分离速度。

如图6所示，为该空间对接机构被动端2，主要由三套支架I 201、三套锁柄202、两套锁销203、一套被动端浮动电连接器204、一套支架II 205组成。所述锁柄202在两飞行器对接过程中被主动端1相应位置的锁爪122捕获并最终锁紧，所述被动端浮动电连接器204用于在两飞行器校正完成后与主动端浮动电连接器14进行插合，最终实现两飞行器的电连接。

实施例二：

本发明还提供了一种空间对接机构的对接方法，具体步骤如下：

步骤一，捕获校正：

当主动端1和被动端2以一定的位置偏差、速度和姿态进行对接时，主动驱动机构11的电机111加电运转，通过齿轮减速器112、曲柄162、连杆163、滑块164、锁紧钢丝绳125带动三套抱爪机构12的六个锁爪122同步收合，随着锁爪122的收合，同一套抱爪机构12的两个锁爪122形成一个闭合空间，完成主动端1对被动端2的捕获；随着锁爪122的进一步收合，锁爪122与锁柄202发生接触碰撞，最终使被动端2的锁柄202处于两侧锁爪122和V形块124形成的闭合空间内，且锁柄202与两侧锁爪122及V形块124均接触，此时，主动端1和被动端2校正完成；

步骤二，锁紧保持：

捕获校正完成后，随着锁爪122的进一步收合，主动端1与被动端2的相对位置进一步拉近，V形块124中间位置处的压簧128不断压缩，主动端1的浮动电连接器14和被动端2的浮动电连接器204开始插合，被动端2的两个锁销203开始推动主动端1的两个锁钩131；当锁爪122运动到一定位置时，被动端2的两个锁销203被主动端1的两个锁钩131锁定，主动端1的浮动电连接器14和被动端2的浮动电连接器204插合完成，曲柄滑块机构16运动至过死点位置，电机下电，两飞行器机械连接完成，电连接同步完成，对接过程结束；两飞行器在曲柄滑块机构16的死点、锁钩131锁定和压簧128的保持力共同作用下进入锁紧保持阶段；

步骤三，分离：

主动驱动机构11的电机111反向动作，锁紧钢丝绳125对锁爪122的拉紧力解除，卷簧机构123在对接过程中积蓄的力矩开始释放，带动打开钢丝绳121使锁爪122快速打开；同时，滑块164运动到预定位置时，会推动解锁机构13的推杆132，通过中间连杆带动锁钩131运动至解锁位置，释放被动端2的锁钩131，从而完成对被动端2的瞬间释放，被动端2在抱爪机构12的压簧128的推力作用下与主动端1之间产生较大的相对速度，完成两个飞行器的分离。

需要说明的是，上文只是对本发明进行示意性说明和阐述，本领域的技术人员应当明白，对本发明的任意修改和替换都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，包括主动端和被动端，主动端和被动端分别安装于两个独立的飞行器上；所述主动端包括主动驱动机构、曲柄滑块机构、钢丝绳组件、抱爪机构和解锁机构，所述主动驱动机构输出端连接曲柄滑块机构，所述钢丝绳组件包括锁紧钢丝绳，所述曲柄滑块机构的滑块连接锁紧钢丝绳的一端，锁紧钢丝绳跟随滑块同步运动，锁紧钢丝绳的另一端连接抱爪机构的锁爪，从而实现各个锁爪同步运动；所述被动端上设有锁销，所述主动端上的解锁机构设置有锁钩，两个飞行器对接到位时通过锁销和锁钩进行位置锁定。

2.如权利要求1所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述被动端上设有与抱爪机构的位置相对应的锁柄，锁柄通过支架支撑，抱爪机构用于捕获对应位置的锁柄。

3.如权利要求2所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述主动端还包括一个底板，底板一侧安装所述主动驱动机构、解锁机构和周向均布的抱爪机构，底板另一侧安装所述曲柄滑块机构，所述锁紧钢丝绳通过底板上的通孔连接滑块和锁爪。

4.如权利要求3所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述主动驱动机构包括电机和齿轮减速器，电机通过电机座安装到齿轮减速器上，齿轮减速器安装在底板上，齿轮减速器输出端与曲柄滑块机构的曲柄一端连接，带动曲柄旋转。

5.如权利要求4所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述曲柄滑块机构还包括连杆和直线导轨，曲柄另一端与连杆连接，连杆另一端与滑块连接，滑块安装在直线导轨上，沿直线导轨做直线运动。

6.如权利要求5所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述解锁机构还包括推杆和中间连杆，所述推杆由所述滑块推动，并通过中间连杆带动锁钩完成对被动端上锁销的解锁，实现两个飞行器的分离。

7.如权利要求6所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述钢丝绳组件还包括打开钢丝绳，每套抱爪机构包含两个锁爪，每个锁爪上连接一根锁紧钢丝绳和一根打开钢丝绳，其中锁紧钢丝绳与滑块相连，通过所述滑块的直线运动实现锁爪的收合动作，打开钢丝绳通过滑轮的过渡，最终与卷簧机构相连，通过卷簧机构的驱动力与滑块的反向运动相结合，实现锁爪的打开动作。

8.如权利要求7所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述抱爪机构中心安装有V形块，所述V形块用于在捕获锁柄后校正锁柄的位置，所述V形块下部安装有两个压簧，用于在两个飞行器分离时提供两个飞行器的相对速度。

9.如权利要求8所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，所述卷簧机构包括卷簧盒、轴承、卷簧和滑轮，所述卷簧盒与抱爪机构连接，卷簧一端与滑轮连接，滑轮一端与打开钢丝绳连接，卷簧跟随锁爪的收合收紧，在滑块对锁爪的拉力释放后带动锁爪打开。

10.如权利要求9所述的一种超轻型钢丝绳联动式空间对接机构，其特征在于，主动端和被动端的中心位置分别安装有主动端浮动电连接器和被动端浮动电连接器，在主动端完成对被动端的校正后，随着二者的锁紧，完成主动端浮动电连接器和被动端浮动电连接器的插合。

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