CN111442020B - 一种用于空间桁架结构连接的自锁接头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，弹块接头插入方舱之中，弹块接头的梯形凸块与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的弧形弹块先压缩再弹开，最终锁定在方舱左右两侧面的方形孔中，从而完成自锁，当需要解锁时，推动按压弹簧按钮的两个十字按钮，直至十字按钮的作动块挤压弧形弹块收回至弹块接头内，便可完成解锁，取走与弹块接头相连的桁架杆件。本发明可以改变可旋转接头的方向，进一步可以灵活调整杆件的安装方向；可减小了机器人需要的操作精度和操作难度，能够完成两部分的自动锁定，通过弹簧按钮结构可以完成解锁过程，完成了安装过程中的自动锁定和拆卸分离功能，方便机器人进行操作。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计与加工领域，尤其是一种自锁接头设。
背景技术
由于运载火箭体积、运载能力的限制，空间大型结构，例如太阳能电站、大型通信天线、空间站等无法通过一次发射送入太空。这就需要多次发射，而后在太空站对其进行装配，而这些大型航天器的支撑结构主要是桁架式结构。搭建技术相关的研究现状与发展动态表明：有人的在轨装配存在一定的局限性。有人在轨装配只能胜任任务量小，时间短，环境较为简单的装配任务。对于未来结构复杂，体积巨大，安装环境恶劣，精度要求高的空间装配任务，有人装配无法达到任务要求。而随着机器人技术与空间机械臂的发展，自主装配成为空间装配更好的解决方式。利用机器人完成桁架结构的安装对机器人本身操作控制的要求很高，尤其是在桁架杆件的安装固定过程当中，往往需要多个机器人之间的精密配合，这极大增加了机器人的操作难度，而且容易造成意外风险。因此，在自主装配技术发展的过程中，除了需要不断提升机器人技术，优化机器人自身设计外，还需要对所操作安装的桁架结构进行优化，来方便机器人进行自主操作。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，立足于利用机器人进行空间桁架结构装配的需求，提出一种桁架自锁接头设计方案，可以在桁架杆件安装过程中完成接头的对准和自动锁定，利于机器人进行桁架结构的安装和拆卸。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，包括一个花瓣接头、一个可旋转接头、两个弹簧按钮和一个弹块接头；
所述花瓣接头包含转接片一和转接头，转接片一中央设有通孔，转接头中间设有通孔，转接头外侧壁上设有两个凸台，且两个凸台之间成90度角，在每个凸台远离通孔方向开有一个凹槽，在凹槽两边侧壁上开有通孔，且两个通孔同轴，两个凸台的通孔轴线所构成平面与转接头中间通孔的轴线垂直，每个凹槽中分别插入一个桁架杆件，采用定位销穿过桁架杆件及凹槽两边侧壁的通孔，连接桁架杆件及转接头，桁架杆件沿定位销轴向转动，第三个桁架杆件穿过转接头中央通孔与转接片一同轴相连，转接头与第三个桁架杆架固连；花瓣接头将三根桁架杆件连接固定在一起，花瓣接头与可旋转接头相连；
所述可旋转接头包括转接片二和一个方舱，转接片二上设有弧形凸块，弧形凸块与转接片一中央的通孔相配合；方舱为一个六面体，其中上表面和前表面为开口，下底面内侧设有一个梯形槽，且梯形槽的底面小于顶面，方舱的背面的外侧与转接片二相固连，方舱的左右两侧的中央分别设有方形孔，可旋转接头通过弧形凸块与花瓣接头完成不同朝向的连接；
所述弹簧按钮包括限位槽、十字按钮和弹簧，十字按钮的作动块一端穿过限位槽的通孔伸出，十字按钮作动块的另一端垂直于弹簧按钮的底座，弹簧按钮的底座中央设有通孔，十字按钮的推动块接近弹簧按钮的底座的端面连接两个弹簧，两个弹簧的轴向与十字按钮的作动块的轴向相同，且两个弹簧的另一端连接在弹簧按钮的底座，整个十字按钮在限位槽中由作动块滑动，带动推动块压缩两根弹簧向弹簧按钮的底座方向行进，使得十字按钮作动块的另一端穿过弹簧按钮底座中央的通孔；弹簧按钮的底座上设有螺孔，通过螺丝将两个弹簧按钮固定与方舱左右两侧的外侧；
所述弹块接头的下端面设有一个梯形凸块，梯形凸块与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的左右两个各设有一个弧形弹块，施加压力后弧形弹块缩入弹块接头内部空腔，弹块接头的背面连接一个桁架杆件；
弹块接头插入方舱之中，弹块接头的梯形凸块与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的弧形弹块先压缩再弹开，最终锁定在方舱左右两侧面的方形孔中，从而完成自锁，弹块接头的背面的杆件与连接片二同轴；
当需要解锁时，推动按压弹簧按钮的两个十字按钮，克服两个弹簧的作用力，直至十字按钮的作动块挤压弧形弹块收回至弹块接头内，便可完成解锁，取走与弹块接头相连的桁架杆件。
所述花瓣接头的转接头中，采用定位销穿过转接头外壁插入第三个桁架杆件侧壁的定位孔中，从而固定第三个桁架杆件。
所述花瓣接头的转接头中，采用螺钉穿过转接头外壁的螺孔插入第三个桁架杆件侧壁，对第三个桁架杆件进行限位。
所述转接片一的外沿为若干个外圆弧，每个外圆弧上设有一个外通孔，转接片一中央的内通孔设有与外圆弧个数相同的内圆弧，且每个外圆弧与内圆弧对应，弧形面用于可旋转接头的定位。
所述转接片二的外沿有两个相对的外圆弧，且两个相对外圆弧与转接片一的外圆弧对应，两个相对外圆弧上各设有一个通孔，且通孔位置与转接片一的外圆弧的外通孔位置相对应，转接片一和转接片二的对应通孔通过螺丝将转接片一和转接片二固定。
所述可旋转接头朝向需要改变时，旋转花瓣接头的方向，使得转接片一的内圆弧与转接片二上的弧形凸块在不同角度与花瓣状接头完成型面配合，实现可旋转接头的可旋转功能。
所述方舱的左右两侧面的上沿分别设有一个斜面，且两个斜面向外倾斜，与方舱左右两侧的外侧壁平面形成钝角，在弹块接头插入可旋转接头过程中，可旋转接头顶部斜面辅助进入，起导向作用，有利于弹块接头的插入。
本发明的有益效果在于通过可旋转接头与梅花状接头不同方向的连接配合，可以改变可旋转接头的方向，进一步可以灵活调整杆件的安装方向；可旋转接头顶部的两个斜面利于杆件的插入，减小了机器人需要的操作精度和操作难度，弹块接头中由弹簧支撑的弹块与方形孔的配合能够完成两部分的自动锁定，通过弹簧按钮结构可以完成解锁过程，完成了安装过程中的自动锁定和拆卸分离功能，方便机器人进行操作。
附图说明
图1为本发明梅花状接头示意图。
图2为本发明梅花状接头与杆件连接示意图。
图3为本发明可旋转接头示意图，图3(a)为“花瓣”结构视角，图3(b)为凹槽结构视角。
图4为本发明可旋转接头和梅花状接头连接示意图。
图5为本发明可旋转接头和梅花状接头连接不同朝向示意图。
图6为本发明弹簧按钮示意图。
图7为本发明可旋转接头与弹簧按钮连接示意图。
图8为本发明弹块接头示意图。
图9为本发明装配实例示意图。
其中，1-花瓣接头，2-弧形面，3-带孔凹槽，4-倾斜孔，5-转接片二，6-方形孔，7-梯形槽，8-限位槽，9-十字按钮，10-弹簧，11-弹块，12-梯形凸块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
一种用于空间桁架结构连接的自锁接头包括一个花瓣接头、一个可旋转接头、两个弹簧按钮和一个弹块接头。
所述花瓣接头包含转接片一和转接头，转接片一(1)中央设有通孔，转接头中间设有通孔，转接头外侧壁上设有两个凸台，且两个凸台之间成90度角，在每个凸台远离通孔方向开有一个凹槽(3)，在凹槽两边侧壁上开有通孔，且两个通孔同轴，两个凸台的通孔轴线所构成平面与转接头中间通孔的轴线垂直，每个凹槽(3)中分别插入一个桁架杆件，采用定位销穿过桁架杆件及凹槽两边侧壁的通孔，连接桁架杆件及转接头，桁架杆件沿定位销轴向转动，第三个桁架杆件穿过转接头中央通孔与转接片一同轴相连，转接头与第三个桁架杆架固连。
其中转接片一如图1所示，花瓣接头将三根桁架杆件连接固定在一起，如图2所示，花瓣接头与可旋转接头相连。
所述可旋转接头包括转接片二和一个方舱，转接片二上设有弧形凸块(5)，弧形凸块(5)与转接片一中央的通孔相配合，如图4所示；方舱为一个六面体，如图3(b)所示，其中上表面和前表面为开口，下底面内侧设有一个梯形槽(7)，且梯形槽(7)的底面小于顶面，方舱的背面的外侧与转接片二相固连，方舱的左右两侧的中央分别设有方形孔(6)，可旋转接头通过弧形凸块(5)与花瓣接头完成不同朝向的连接。
所述弹簧按钮包括限位槽(8)、十字按钮(9)和弹簧(10)，如图6所示，十字按钮(9)的作动块一端穿过限位槽(8)的通孔伸出，十字按钮(9)作动块的另一端垂直于弹簧按钮的底座，弹簧按钮的底座中央设有通孔，十字按钮(9)的推动块接近弹簧按钮的底座的端面连接两个弹簧，两个弹簧的轴向与十字按钮(9)的作动块的轴向相同，且两个弹簧的另一端连接在弹簧按钮的底座，整个十字按钮(9)在限位槽(8)中由作动块滑动，带动推动块压缩两根弹簧(10)向弹簧按钮的底座方向行进，使得十字按钮(9)作动块的另一端穿过弹簧按钮底座中央的通孔；弹簧按钮的底座上设有螺孔，通过螺丝将两个弹簧按钮固定与方舱左右两侧的外侧，如图7所示。
所述弹块接头如图8所示，弹块接头的下端面设有一个梯形凸块(12)，梯形凸块(12)与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的左右两个各设有一个弧形弹块(11)，施加压力后弧形弹块(11)缩入弹块接头内部空腔，弹块接头的背面连接一个桁架杆件。
弹块接头插入方舱之中，弹块接头的梯形凸块(12)与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的弧形弹块(11)先压缩再弹开，最终锁定在方舱左右两侧面的方形孔(6)中，从而完成自锁，弹块接头的背面的杆件与连接片二同轴，如图9所示。
当需要解锁时，推动按压弹簧按钮的两个十字按钮(9)，克服两个弹簧(10)的作用力，直至十字按钮(9)的作动块挤压弧形弹块(11)收回至弹块接头内，便可完成解锁，取走与弹块接头相连的桁架杆件。
所述花瓣接头的转接头中，采用定位销穿过转接头外壁插入第三个桁架杆件侧壁的定位孔中，从而固定第三个桁架杆件。
所述花瓣接头的转接头中，采用螺钉穿过转接头外壁的螺孔插入第三个桁架杆件侧壁，对第三个桁架杆件进行限位。
所述转接片一的外沿为若干个外圆弧，每个外圆弧上设有一个外通孔，转接片一中央的内通孔设有与外圆弧个数相同的内圆弧(2)，且每个外圆弧与内圆弧(2)对应，弧形面(2)用于可旋转接头的定位。
所述转接片二的外沿有两个相对的外圆弧，且两个相对外圆弧与转接片一的外圆弧对应，如图3(a)所示，两个相对外圆弧上各设有一个通孔，且通孔位置与转接片一的外圆弧的外通孔位置相对应，转接片一和转接片二的对应通孔通过螺丝将转接片一和转接片二固定。
所述可旋转接头朝向需要改变时，旋转花瓣接头的方向，使得转接片一的内圆弧(2)与转接片二上的弧形凸块(5)在不同角度与花瓣状接头完成型面配合(如图5所示)，实现可旋转接头的可旋转功能。
所述方舱的左右两侧面的上沿分别设有一个斜面，且两个斜面向外倾斜，与方舱左右两侧的外侧壁平面形成钝角，在弹块接头插入可旋转接头过程中，可旋转接头顶部斜面辅助进入，起导向作用，有利于弹块接头的插入，在利用机器人作业时减小了机器人需要的操作精度和操作难度。
因此，基于利用机器人进行空间桁架自主装配的任务需求，本发明设计了一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，通过所设计的可旋转接头与梅花状接头不同方向的连接配合，可以改变可旋转接头的方向，进一步可以灵活调整杆件的安装方向；通过自锁结构的设计，可以完成杆件安装过程中的自动锁定和拆卸分离功能，方便机器人进行操作；通过可旋转接头上方的斜面设计，利于杆件的插入，减小了机器人需要的操作精度和操作难度。
基于利用机器人进行空间桁架自主装配的任务需求，为了在装配过程中为了降低机器人的操作难度，本发明提出一种用于桁架结构连接的自锁接头，包括梅花状接头、可旋转接头、弹簧按钮和弹块接头。梅花状接头如图1所示，它的作用在于将三根杆件连接固定在一起，如图2所示，并与可旋转接头相连。可旋转接头的一端的功能在于与梅花状接头实现不同方向的连接，当可旋转接头朝向需要改变时，只需要改变其和梅花状接头的连接方式，如图5所示，其中间的弧形凸块(5)可在不同方向与梅花状接头完成型面配合，通过这样的方式可以完成该接头的“可旋转”功能。
在弹块接头插入可旋转接头过程中，可旋转接头顶部斜面辅助其进入，利用机器人作业时，减小了机器人需要的操作精度和操作难度；弹块接头两端弹块(11)先压缩再弹开，最终锁死在方形孔(6)中，同时梯形凸块(12)和梯形槽(7)形成型面配合，方便接头的定位和固定；在需要拆卸时，将两端弹簧按钮同时向内按压，使十字按钮(9)挤压弹块(11)使其收回，便可完成解锁过程，取走安装的杆件。图9是一种具体的安装实例示意图，其中梅花状接头连接固定了三根杆件，可旋转接头一端与梅花状接头在图示位置相连，另一端与具有弹块接头的杆件相连，通过弹块(11)在方形孔(6)中的锁定以及梯形凸块(12)和梯形槽(7)的型面配合完成固定，机器人在安装过程中只需将待安装杆件自上而下放入可旋转接头，斜面会辅助它进行对准，并在下滑过程中完成自动锁定，不需要由机器人再进行固定工作，降低了装配过程中的操作难度和装配风险。
Claims (7)
1.一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，包括一个花瓣接头、一个可旋转接头、两个弹簧按钮和一个弹块接头，其特征在于：
所述花瓣接头包含转接片一和转接头，转接片一中央设有通孔，转接头中间设有通孔，转接头外侧壁上设有两个凸台，且两个凸台之间成90度角，在每个凸台远离通孔方向开有一个凹槽，在凹槽两边侧壁上开有通孔，且两个通孔同轴，两个凸台的通孔轴线所构成平面与转接头中间通孔的轴线垂直，每个凹槽中分别插入一个桁架杆件，采用定位销穿过桁架杆件及凹槽两边侧壁的通孔，连接桁架杆件及转接头，桁架杆件沿定位销轴向转动，第三个桁架杆件穿过转接头中央通孔与转接片一同轴相连，转接头与第三个桁架杆架固连；花瓣接头将三根桁架杆件连接固定在一起，花瓣接头与可旋转接头相连；
所述可旋转接头包括转接片二和一个方舱，转接片二上设有弧形凸块，弧形凸块与转接片一中央的通孔相配合；方舱为一个六面体，其中上表面和前表面为开口，下底面内侧设有一个梯形槽，且梯形槽的底面小于顶面，方舱的背面的外侧与转接片二相固连，方舱的左右两侧的中央分别设有方形孔，可旋转接头通过弧形凸块与花瓣接头完成不同朝向的连接；
所述弹簧按钮包括限位槽、十字按钮和弹簧，十字按钮的作动块一端穿过限位槽的通孔伸出，十字按钮作动块的另一端垂直于弹簧按钮的底座，弹簧按钮的底座中央设有通孔，十字按钮的推动块接近弹簧按钮的底座的端面连接两个弹簧，两个弹簧的轴向与十字按钮的作动块的轴向相同，且两个弹簧的另一端连接在弹簧按钮的底座，整个十字按钮在限位槽中由作动块滑动，带动推动块压缩两根弹簧向弹簧按钮的底座方向行进，使得十字按钮作动块的另一端穿过弹簧按钮底座中央的通孔；弹簧按钮的底座上设有螺孔，通过螺丝将两个弹簧按钮固定与方舱左右两侧的外侧；
所述弹块接头的下端面设有一个梯形凸块，梯形凸块与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的左右两个各设有一个弧形弹块，施加压力后弧形弹块缩入弹块接头内部空腔，弹块接头的背面连接一个桁架杆件；
弹块接头插入方舱之中，弹块接头的梯形凸块与方舱下底面的梯形通孔相匹配，弹块接头的弧形弹块先压缩再弹开，最终锁定在方舱左右两侧面的方形孔中，从而完成自锁，弹块接头的背面的杆件与连接片二同轴；
当需要解锁时，推动按压弹簧按钮的两个十字按钮，克服两个弹簧的作用力，直至十字按钮的作动块挤压弧形弹块收回至弹块接头内，便可完成解锁，取走与弹块接头相连的桁架杆件。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述花瓣接头的转接头中，采用定位销穿过转接头外壁插入第三个桁架杆件侧壁的定位孔中，从而固定第三个桁架杆件。
3.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述花瓣接头的转接头中，采用螺钉穿过转接头外壁的螺孔插入第三个桁架杆件侧壁，对第三个桁架杆件进行限位。
4.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述转接片一的外沿为若干个外圆弧，每个外圆弧上设有一个外通孔，转接片一中央的内通孔设有与外圆弧个数相同的内圆弧，且每个外圆弧与内圆弧对应，弧形面用于可旋转接头的定位。
5.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述转接片二的外沿有两个相对的外圆弧，且两个相对外圆弧与转接片一的外圆弧对应，两个相对外圆弧上各设有一个通孔，且通孔位置与转接片一的外圆弧的外通孔位置相对应，转接片一和转接片二的对应通孔通过螺丝将转接片一和转接片二固定。
6.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述可旋转接头朝向需要改变时，旋转花瓣接头的方向，使得转接片一的内圆弧与转接片二上的弧形凸块在不同角度与花瓣状接头完成型面配合，实现可旋转接头的可旋转功能。
7.根据权利要求1所述的一种用于空间桁架结构连接的自锁接头，其特征在于：
所述方舱的左右两侧面的上沿分别设有一个斜面，且两个斜面向外倾斜，与方舱左右两侧的外侧壁平面形成钝角，在弹块接头插入可旋转接头过程中，可旋转接头顶部斜面辅助进入，起导向作用，有利于弹块接头的插入。
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