CN111688955A - 旋转t型头式空间对接锁释机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转T型头式空间对接锁释机构，包括安装在被动飞行器上的被动端和安装在主动飞行器上的主动端，主动端包括设置在壳体内的浮头锥头、丝杠‑T型头、螺母、A动力传递件、B动力传递件和动力调节件，浮头锥头与壳体滑动连接，丝杠‑T型头为在丝杠端部设置T型结构的组合结构，丝杠‑T型头的丝杠穿入浮头锥头内部与螺母配合，丝杠‑T型头的T型结构设置在浮头锥头的外部，在浮头锥头内部浮头锥头和螺母之间设有锥头弹簧。本发明是一种具有大容差捕获特性的空间对接锁释机构，可在空间机械臂辅助操控下进行重复捕获、锁紧和释放，实现空间模块化有效载荷与母航天器的连接与分离，降低在轨操控的难度，提高在轨建造及组装的效率。

Description

旋转T型头式空间对接锁释机构

技术领域

本发明属于空间有效载荷及模块捕获、对接、锁紧及释放技术领域，尤其是涉及一种旋转T型头式空间对接锁释机构。

背景技术

随着航天技术的发展，在轨建造、航天器的在轨维修和维护需要模块化有效载荷能实现在轨快速对接、锁紧与释放，确保模块化有效载荷能在一定误差范围内与航天器实现可靠对接，并在对接过程中实现机-电-气-液-信等多接口的一体化连接。当需要对故障模块化有效载荷进行更换时，需要模块化有效载荷能实现自主释放。因此，需要针对在轨操控的此种需求，研制出一种无人参与的自动化空间对接锁释机构，并具有对接可靠性高、锁紧后可进行力载保持，同时具有较强的空间环境适应能力。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种旋转T型头式空间对接锁释机构，是一种具有大容差捕获特性的空间对接锁释机构，可在空间机械臂辅助操控下进行重复捕获、锁紧和释放，实现空间模块化有效载荷与母航天器的连接与分离，降低在轨操控的难度，提高在轨建造及组装的效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种旋转T型头式空间对接锁释机构，包括安装在被动飞行器上的被动端和安装在主动飞行器上的主动端，所述的主动端包括设置在壳体内的浮头锥头、丝杠-T型头、螺母、A动力传递件、B动力传递件和动力调节件、所述的浮头锥头与壳体滑动连接，所述的丝杠-T型头为在丝杠端部设置T型结构的组合结构，所述的丝杠-T型头的丝杠穿入浮头锥头内部后与螺母配合，丝杠-T型头的T型结构设置在浮头锥头的外部，在浮头锥头内部浮头锥头和螺母之间设有一锥头弹簧，所述的锥头弹簧用于提供浮头锥头沿壳体内腔滑动的动力以及浮头锥头对T型结构的压紧力，所述的浮头锥头内设有限制丝杠-T型头转动角度的限位机构，所述螺母的一端设有与丝杠配合的螺纹段，螺母的内部设有限位槽，所述的限位槽与摩擦旋转机构滑动连接，所述的限位槽实现摩擦旋转机构与螺母的同步转动，所述的摩擦旋转机构带动丝杠-T型头转动，所述摩擦旋转机构可在限位槽内滑动，螺母的另一端与A动力传递件的一端滑动连接，A动力传递件转动带动螺母同步转动，所述的A动力传递件的另一端穿过B动力传递件后通过螺纹与动力调节件连接，所述的A动力传递件通过齿轮啮合与分离方式实现与B动力传递件连接与分离，所述的B动力传递件与壳体之间设有单向轴承，所述的动力调节件与拨叉配合，所述的拨叉由电机带动；

所述的被动端为扩口式结构，且与浮头锥头的形状相适应，所述的被动端的底部设有与丝杠-T型头的T型结构对接的开口，且发射在轨后的主动端的T型结构与被动端的开口呈空间垂直设置，主动端的T型结构旋转至与开口平行时，T型结构穿入开口内，主动端对接被动端，主动端的T型结构再次旋转至与开口空间垂直时，主动端捕获被动端。

进一步的，所述摩擦旋转机构包括摩擦盘、滚珠、压缩弹簧和旋转调节件，在螺母内腔中的所述丝杠上以及丝杠的端部分别设有第一台肩和第二台肩，所述摩擦盘、旋转调节件均套设在两个台肩之间的丝杠上，所述摩擦盘外沿与螺母内部的限位槽配合，所述摩擦盘的一侧端面压在第一台肩上，另一侧端面均匀设有多个与滚珠配合的球窝，所述旋转调节件一侧端面均与多个与滚珠配合的球窝，另一侧端面与第二台肩之间设置压缩弹簧，所述螺母转动通过限位槽带动摩擦盘同步转动，所述摩擦盘带动丝杠-T型头转动。

进一步的，所述限位机构包括设置在浮头锥头内的限位套，在限位套内部设置两个条形限位块，且两个条形限位块沿限位套的直径方向设置，相应的，在丝杠-T型头中丝杠上与限位套配合部位设置限位体，所述的限位体包括一体设置的圆柱体和两个等大弧形限位块，弧形限位块的横截面为圆心角为直角的扇环结构，两个弧形限位块均设置在圆柱体的外表面，两个弧形限位块以圆柱体的中心轴线对称设置，两个弧形限位块的外圆弧面与限位套相配合。

进一步的，所述单向轴承为顺时针转动轴承。

进一步的，所述A动力传递件与螺母配合处为正多边形槽结构，相应的，所述螺母与A动力传递件配合处为正多面体结构。

进一步的，所述浮头锥头上设有滑槽，在壳体上设有滑柱，所述滑柱与滑槽配合实现浮头锥头的限位。

进一步的，所述B动力传递件和动力调节件之间安装有推力滚针轴承。

进一步的，所述A动力传递件与壳体之间安装有滚针轴承。

进一步的，A动力传递件上的齿轮为内齿轮，B动力传递件上的齿轮为外齿轮。

进一步的，所述动力调节件上设有孔状结构，拨叉的圆柱体插入孔状结构中设置。

相对于现有技术，本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构具有以下优势：

本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，

1.有别于传统的在轨对接锁紧机构，本发明所述旋转T型头式空间对接锁释机构空间模块化有效载荷的对接，多个机构配合使用可实现有效载荷与航天器之间的多功能一体化接口的对接与锁紧；

2.本发明所述机构的浮头锥头及锥头弹簧既具有航天器对接过程的误差自适应，又能缓冲对接过程中发生的碰撞冲击，保护航天器的结构安全；

3.本发明所述的丝杠—T型头捕获方式可实现对接过程两航天器位姿不是很精准情况下的捕获，并可在锁紧过程中实现航天器的位姿调整；

4.本发明所述的丝杠—T型头捕获方式可适应空间高低温交变环境下两航天器参与对接放入机构温度梯度不一致情况下的有效捕获与锁紧，具有适应范围广的特点；

5.本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构采用滚珠丝杠传力方式，具有效率高、能耗小的特点，并且能通过机构自身的配合实现锁紧后的力载保持；

6.本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构采用一个电机通过动力元件之间的连接与分离实现多个动作，具有结构简单、可靠性高的特点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构发射阶段锁紧状态结构示意图；

图2是图1中的B-B截面示意图；

图3是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨对接准备阶段示意图一；

图4是图3中的B-B截面示意图；

图5是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨对接准备阶段示意图二；

图6是图5中的B-B截面示意图；

图7是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨捕获示意图一；

图8是图7中的B-B截面示意图；

图9是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨捕获示意图二；

图10是图9中的B-B截面示意图；

图11是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨锁紧示意图一；

图12是图11中的B-B截面示意图；

图13是本发明所述的旋转T型头式空间对接锁释机构在轨锁紧示意图二；

图14是图13中的B-B截面示意图；

图15是限位机构的结构示意图。

附图标记说明：

1-被动端；2-丝杠-T型头；3-浮头锥头；4-锥头弹簧；5-壳体；6-滚珠丝杠螺母；7-摩擦盘；8-滚珠；9-滚针轴承；10-A动力传递件；11-单向轴承；12-动力调节件；13-拔叉；14-电机；15-旋转调节件；16-压缩弹簧；17-B动力传递件；18-推力滚针轴承；19-限位槽；20-开口；21-第一台肩；22-第二台肩；23-限位套；24-条形限位块；25-限位体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的图3、5、7、9、11和图13中，T代表某个件的移动操作，其后的数字代表在整个操作流程中的步骤；R代表某个件的转动操作，其后的数字代表在整个操作流程中的步骤。箭头显式地表明某个件的移动或转动方向。如T①表示某个件为移动操作，且在整个操作流程中为第一步操作。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图2所示，旋转T型头式空间对接锁释机构，包括安装在被动飞行器上的被动端1和安装在主动飞行器上的主动端，所述的主动端包括设置在壳体5内的浮头锥头3、丝杠-T型头2、螺母6、A动力传递件10、B动力传递件17和动力调节件12、所述的浮头锥头3与壳体5滑动连接，所述的丝杠-T型头2为在丝杠端部设置T型结构的组合结构，所述的丝杠-T型头2的丝杠穿入浮头锥头3内部后与螺母6配合，丝杠-T型头2的T型结构设置在浮头锥头3的外部，在浮头锥头3内部浮头锥头3和螺母6之间设有一锥头弹簧4，所述的锥头弹簧4用于提供浮头锥头3沿壳体5内腔滑动的动力以及浮头锥头5对T型结构的压紧力，所述的浮头锥头3内设有限制丝杠-T型头2转动角度的限位机构，所述螺母6的一端设有与丝杠配合的螺纹段，螺母6的内部设有限位槽19，所述的限位槽19与摩擦旋转机构滑动连接，所述的限位槽19实现摩擦旋转机构与螺母6的同步转动，所述的摩擦旋转机构带动丝杠-T型头2转动，所述摩擦旋转机构可在限位槽19内滑动，螺母6的另一端与A动力传递件10的一端滑动连接，A动力传递件10转动带动螺母6同步转动，所述的A动力传递件10的另一端穿过B动力传递件17后通过螺纹与动力调节件12连接，所述的A动力传递件10通过齿轮啮合与分离方式实现与B动力传递件17连接与分离，所述的B动力传递件17与壳体5之间设有单向轴承11，单向轴承11为顺时针转动轴承，所述的动力调节件12与拨叉13配合，所述的拨叉13由电机14带动，拔叉13上设置有限制动力调节件12沿﹣X向移动极限位置的结构，限制动力调节件12沿﹣X向的移动；

所述的被动端1为扩口式结构，且与浮头锥头3的形状相适应，所述的被动端1的底部设有与丝杠-T型头2的T型结构对接的开口20，且发射在轨后的主动端的T型结构与被动端1的开口20呈空间垂直设置，主动端的T型结构旋转至与开口20平行时，T型结构穿入开口20内，主动端对接被动端1，主动端的T型结构再次旋转至与开口20空间垂直时，主动端捕获被动端1。

摩擦旋转机构包括摩擦盘7、滚珠8、压缩弹簧16和旋转调节件15，在螺母6内腔中的所述丝杠上以及丝杠的端部分别设有第一台肩21和第二台肩22，所述摩擦盘7、旋转调节件15均套设在两个台肩之间的丝杠上，所述摩擦盘7外沿与螺母6内部的限位槽19配合，所述摩擦盘7的一侧端面压在第一台肩21上，另一侧端面均匀设有多个与滚珠8配合的球窝，所述旋转调节件15一侧端面均匀设有多个与滚珠8配合的球窝，另一侧端面与第二台肩22之间设置压缩弹簧16，所述螺母6转动通过限位槽19带动摩擦盘7同步转动，所述摩擦盘7带动丝杠-T型头2转动。在锥头弹簧4未向T型结构施加压紧力时，螺母6转动时，带动丝杠-T型头2可能移动也可能转动，这就会存在不确定性，使得本空间对接锁释机构不可靠，而摩擦旋转机构的设置，就是保证了当螺母6转动时，螺母6内的限位槽19带动摩擦盘7同步转动，由于压缩弹簧16安装于旋转调节件15与丝杠-T型头2侧壁之间，其作用是始终对旋转调节件15提供压力，使得滚珠8被可靠地嵌在摩擦盘7球窝与旋转调节件15球窝之间，使得摩擦盘7始终压在丝杠-T型头2上，因此带动丝杠-T型头2能够可靠的转动，而当丝杠-T型头2转动90°后被限位不能再转动时，滚珠8及旋转调节件15一起向背离摩擦盘7移动并压缩弹簧16，滚珠8会反复地从摩擦盘7的球窝中出来并进入，这就造成了摩擦盘7不能可靠地压在丝杠-T型头2上，保证丝杠-T型头2只移动不转动。

如图15所示，限位机构包括设置在浮头锥头3内的限位套23，在限位套23内部设置两个条形限位块24，且两个条形限位块24沿限位套23的直径方向设置，相应的，在丝杠-T型头2中丝杠上与限位套23配合部位设置限位体25，所述的限位体25包括一体设置的圆柱体和两个等大弧形限位块，弧形限位块的横截面为圆心角为直角的扇环结构，两个弧形限位块均设置在圆柱体的外表面，两个弧形限位块以圆柱体的中心轴线对称设置，两个弧形限位块的外圆弧面与限位套23相配合。

A动力传递件10与螺母6配合处为正多边形槽结构，相应的，所述螺母6与A动力传递件10配合处为正多面体结构。浮头锥头3上设有滑槽，在壳体5上设有滑柱，所述滑柱与滑槽配合实现浮头锥头3的限位。

B动力传递件17和动力调节件12之间安装有推力滚针轴承18。A动力传递件10与壳体5之间安装有滚针轴承9。

A动力传递件10上的齿轮为内齿轮，所述B动力传递件17上的齿轮为外齿轮。动力调节件12上设有孔状结构，拨叉13的圆柱体插入孔状结构中设置。

如图3-图6所示，旋转T型头式空间对接锁释机构发射在轨后，对接动作实施之前的准备阶段操作模式。电机14带动拨叉13逆时针转动，拨叉13带动动力调节件12逆时针转动。由于A动力传递件10与B动力传递件17齿轮啮合(参照图1)，且单向轴承11只能顺时针转动而不能逆时针转动，则导致A动力传递件10不能逆时针转动，这样使得动力调节件12只能边跟着拨叉13逆时针转动边沿A动力传递件10轴线沿-X向移动。当动力调节件12侧边抵住拨叉13的极限位置限制结构后，动力调节件12与拨叉13成为一体结构，由于动力调节件12与A动力传递件10之间的螺纹副配合，这时动力调节件12的逆时针旋转导致A动力传递件10沿+X向移动并且其齿轮与B动力传递件17的齿轮脱离接触。A动力传递件10的齿轮继续沿+X向移动直至其侧壁与螺母6侧壁接触并形成一体结构，此时拨叉13、动力调节件12、A动力传递件10和螺母6形成一体结构，拨叉13逆时针转动带动螺母6逆时针转动，螺母6带动丝杠-T型头2有两种运动方式：沿+X移动和逆时针转动，但由于锥头弹簧4作用使得浮头锥头3对丝杠-T型头2的T型结构有压力作用使得其旋转困难，因此拨叉13带动螺母6逆时针旋转首先使得丝杠-T型头2沿+X向移动，同时在锥头弹簧4的作用下浮头锥头3也沿壳体5内侧沿+X向移动，当浮头锥头3移动到极限位置时，锥头弹簧4解除对丝杠-T型头2的T型结构压力时，丝杠-T型头2转动，由于浮头锥头3内设有限制丝杠-T型头2转动角度的限位机构，当丝杠-T型头2逆时针转动90°时被限制继续转动。

如图7-图14所示，旋转T型头式空间对接锁释机构在轨捕获并锁紧被动端阶段操作模式。当丝杠-T型头2逆时针转动90°后，也就是对接准备阶段完成，被动端1在空间机械臂等辅助机构带动下通过其上的锥槽与浮头锥头3完成配合和定位。反馈配合完毕的信号后，电机14继续逆时针转动，丝杠-T型头2继续沿+X向移动并伸出被动端1预定的距离并给出到位信号。得到到位信号后，电机14开始顺时针转动，动力调节件12一边跟着拨叉13顺时针转动，一边沿+X向移动并使其侧壁与推力滚针轴承18接触，此时动力调节件12不能移动，则动力调节件12的顺时针转动使得A动力传递件10沿-X向移动并完成与B动力传递件17的齿轮间的啮合，这时的A动力传递件10和B动力传递件17都开始顺时针转动。A动力传递件10的顺时针转动带动螺母6也顺时针转动，进一步使得丝杠-T型头2顺时针转动90°并被浮头锥头3内的限位机构限制继续转动，此时的T型结构与被动端1的开口成“十”字交叉型，从而将被动端1可靠捕获。当丝杠-T型头2不能转动后，其只能沿-X向移动并带动浮头锥头3逐渐压缩锥头弹簧4直至到达锁紧状态。

本旋转T型头式空间对接锁释机构释放被动端阶段操作模式。在锁紧的状态下，当需要释放被动端时，电机14逆时针转动可使得旋转T型头式空间对接锁释机构对被动端1进行释放，其相关动作原理可参考对接动作实施之前的准备阶段操作模式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：包括安装在被动飞行器上的被动端(1)和安装在主动飞行器上的主动端，所述的主动端包括设置在壳体(5)内的浮头锥头(3)、丝杠-T型头(2)、螺母(6)、A动力传递件(10)、B动力传递件(17)和动力调节件(12)，所述的浮头锥头(3)与壳体(5)滑动连接，所述的丝杠-T型头(2)为在丝杠端部设置T型结构的组合结构，所述的丝杠-T型头(2)的丝杠穿入浮头锥头(3)内部后与螺母(6)配合，丝杠-T型头(2)的T型结构设置在浮头锥头(3)的外部，在浮头锥头(3)内部浮头锥头(3)和螺母(6)之间设有一锥头弹簧(4)，所述的锥头弹簧(4)用于提供浮头锥头(3)沿壳体(5)内腔滑动的动力以及浮头锥头(5)对T型结构的压紧力，所述的浮头锥头(3)内设有限制丝杠-T型头(2)转动角度的限位机构，所述螺母(6)的一端设有与丝杠配合的螺纹段，螺母(6)的内部设有限位槽(19)，所述的限位槽(19)与摩擦旋转机构滑动连接，所述的限位槽(19)实现摩擦旋转机构与螺母(6)的同步转动，所述的摩擦旋转机构带动丝杠-T型头(2)转动，所述摩擦旋转机构可在限位槽(19)内滑动，螺母(6)的另一端与A动力传递件(10)的一端滑动连接，A动力传递件(10)转动带动螺母(6)同步转动，所述的A动力传递件(10)的另一端穿过B动力传递件(17)后通过螺纹与动力调节件(12)连接，所述的A动力传递件(10)通过齿轮啮合与分离方式实现与B动力传递件(17)连接与分离，所述的B动力传递件(17)与壳体(5)之间设有单向轴承(11)，所述的动力调节件(12)与拨叉(13)配合，所述的拨叉(13)由电机(14)带动；

所述的被动端(1)为扩口式结构，且与浮头锥头(3)的形状相适应，所述的被动端(1)的底部设有与丝杠-T型头(2)的T型结构对接的开口(20)，且发射在轨后的主动端的T型结构与被动端(1)的开口(20)呈空间垂直设置，主动端的T型结构旋转至与开口(20)平行时，T型结构穿入开口(20)内，主动端对接被动端(1)，主动端的T型结构再次旋转至与开口(20)空间垂直时，主动端捕获被动端(1)。

2.根据权利要求1所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述摩擦旋转机构包括摩擦盘(7)、滚珠(8)、压缩弹簧(16)和旋转调节件(15)，在螺母(6)内腔中的所述丝杠上以及丝杠的端部分别设有第一台肩(21)和第二台肩(22)，所述摩擦盘(7)、旋转调节件(15)均套设在两个台肩之间的丝杠上，所述摩擦盘(7)外沿与螺母(6)内部的限位槽(19)配合，所述摩擦盘(7)的一侧端面压在第一台肩(21)上，另一侧端面均匀设有多个与滚珠(8)配合的球窝，所述旋转调节件(15)一侧端面均匀设有多个与滚珠(8)配合的球窝，另一侧端面与第二台肩(22)之间设置压缩弹簧(16)，所述螺母(6)转动通过限位槽(19)带动摩擦盘(7)同步转动，所述摩擦盘(7)带动丝杠-T型头(2)转动。

3.根据权利要求2所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述限位机构包括设置在浮头锥头(3)内的限位套(23)，在限位套(23)内部设置两个条形限位块(24)，且两个条形限位块(24)沿限位套(23)的直径方向设置，相应的，在丝杠-T型头(2)中丝杠上与限位套(23)配合部位设置限位体(25)，所述的限位体(25)包括一体设置的圆柱体和两个等大弧形限位块，弧形限位块的横截面为圆心角为直角的扇环结构，两个弧形限位块均设置在圆柱体的外表面，两个弧形限位块以圆柱体的中心轴线对称设置，两个弧形限位块的外圆弧面与限位套(23)相配合。

4.根据权利要求3所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述单向轴承(11)为顺时针转动轴承。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述A动力传递件(10)与螺母(6)配合处为正多边形槽结构，相应的，所述螺母(6)与A动力传递件(10)配合处为正多面体结构。

6.根据权利要求5所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述浮头锥头(3)上设有滑槽，在壳体(5)上设有滑柱，所述滑柱与滑槽配合实现浮头锥头(3)的限位。

7.根据权利要求6所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述B动力传递件(17)和动力调节件(12)之间安装有推力滚针轴承(18)。

8.根据权利要求7所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述A动力传递件(10)与壳体(5)之间安装有滚针轴承(9)。

9.根据权利要求8所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：A动力传递件(10)上的齿轮为内齿轮，B动力传递件(17)上的齿轮为外齿轮。

10.根据权利要求9所述的旋转T型头式空间对接锁释机构，其特征在于：所述动力调节件(12)上设有孔状结构，拨叉(13)的圆柱体插入孔状结构中设置。

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