CN112046796B - 一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，属于机械技术领域，包括公头和母头进行连接；母头表面间隔布置减重槽和卡扣滑槽，卡扣滑槽内设有拆卸滑块，压簧挡板和卡扣；压簧挡板和卡扣之间安装压簧，卡扣来回滑动；在压簧挡板中心开有通孔，安放限位螺钉，限位螺钉外套压簧，与卡扣紧固连接；公头为具有球面和圆锥面接合的头部，进行拼接时公头的头部将卡扣沿卡扣滑槽被向外推，同时压簧被压缩；当公头完全进入母头后，压簧和三个卡扣弹回，卡扣卡住公头，摩擦自锁实现对接机构锁紧；拆卸时，向外拉拔三个限位螺钉，带动三个卡扣向外滑动，拆卸滑块卡住限位螺钉，使卡扣与公头分离并解锁。本发明容差大、安装便捷、通用性好。
Description
技术领域
本发明属于机械技术领域，具体涉及一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构。
背景技术
空间交会对接技术是建立永久性载人空间站、从事长期空间飞行活动、开展利用空间资源以及实行空间工业化和商业化须解决的一项关键技术。空间对接技术的作用主要体现在三个方面：一是为长期运行的空间设施提供服务，包括物资补给、设备回收、燃料加注和人员轮换；二是空间建筑的在轨建造和运行服务，如组装空间、天线等；三是航天器在轨重构，实现系统优化以降低对运载能力的要求。
空间对接机构是用来实现航天器之间多次对接、保持连接与可靠分离的复杂机构，现有的空间对接机构多为主动式对接机构，涉及的技术较为复杂。
未来的空间在轨服务与维护中，可通过空间机器人对航天器进行拼接组装，这样可以利用被动式对接机构进行空间飞行器的拼接。采用被动式对接机构，可以使对接装置的质量更轻，使对接的过程更为简单，简化对接中碰撞与机构运动的分析，从而提高对接的可靠性。
发明内容
为了简化空间对接结构，提高对接可靠性，本发明提出了一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，用于航天器的对接或模块化机器人的拼接，使其具有可重构性，并可保证拼接过程的可靠与便捷。
所述的被动对接结构，包括公头、母头、压簧、压簧挡板、卡扣、限位螺钉、拆卸滑块、公头底座、母头底座。
母头通过固定连接的母头头底座，公头通过固定连接的公头头底座，两者分别与待拼接的航天器或机器人模块连接。
母头表面沿圆周均匀布置六个凹槽，其中三个为减重槽，另外三个为卡扣滑槽，减重槽和卡扣滑槽间隔布置。
所述的每个卡扣滑槽都包括卡扣，压簧挡板，压簧，限位螺钉和拆卸滑块；
具体为：在卡扣滑槽内最前方的外侧设有拆卸滑块，拆卸滑块通过过渡配合安装在母头表面所开的燕尾槽中，并可在外力作用下在燕尾槽内滑动；
拆卸滑块后方为压簧挡板，压簧挡板固定连接在母头上；压簧挡板内侧压有压簧的一端，压簧的另一端压在卡扣外侧，卡扣位于卡扣滑槽内侧最后方，能来回滑动；在压簧挡板中心开有通孔，用于安放限位螺钉，限位螺钉穿过压簧挡板中心的通孔和压簧，与卡扣外侧的螺纹孔紧固连接；
所述的公头为具有球面和圆锥面接合的头部，进行拼接时公头逐渐接近母头，触碰到母头开口边缘滑入或直接进入母头内部，公头进入母头内部后，公头的头部先与三个在母头内部环形分布的卡扣上表面相接触，公头继续向下移动，卡扣沿卡扣滑槽被向外推，同时压簧被压缩；当公头完全进入母头后，被压缩的压簧弹回中立位并将三个卡扣弹回，卡扣下表面卡住公头凹槽的下表面，通过公头和卡扣的摩擦自锁实现对接机构锁紧；
拆卸时，向外拉拔三个限位螺钉，从而带动三个卡扣沿卡扣滑槽向母头外滑动，利用三个拆卸滑块同时卡住限位螺钉的头部，使卡扣与公头的凹槽表面分离并解锁。
进一步，在母头底座通过螺钉固连强力磁铁，可在对接时吸附公头并能自对准；
进一步，限位螺钉在母头外侧的头部直径大于弹簧挡板的通孔直径，无法穿过弹簧挡板，从而限制卡扣的位置，避免卡扣从母头的滑槽中脱落；
进一步所述母头材料为铝合金，公头的材料为合金钢；
进一步，所述公头底座和母头底座两侧均有加强筋；
进一步，母头的开口边缘上侧设为倒角，形成圆锥面与公头的圆锥面配合，减小公头与母头接触时的阻力，增加公头对接时的容差。
本发明的优点在于：
1、本发明一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接机构，通过公头与母头对接的方式完成拼接和锁紧，两部分的接触面均为圆锥面与曲面的接触，在对接时可减小阻力，并增加容差；
2、本发明一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接机构，实现两模块对接后的自锁，解锁力大，不易脱落；
3、本发明一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接机构，母头内的强力磁铁可将公头吸附，在对接时实现自对准的功能；
4、本发明一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接机构，容差大、安装便捷、通用性好，可用于各种需要拼接的航天器和模块化机器人。
附图说明
图1为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构完成拼接时的整体结构图；
图2为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构完成拼接时的正视图；
图3为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构完成拼接时的横向剖视图；
图4为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构拼接前的剖视图；
图5为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构完成拼接时的纵向剖视图；
图6为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构的公头部件结构示意图；
图7为本发明可用于飞行器及模块化机器人的对接机构的母头部件结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细和深入描述。
本发明提出了一种可用于飞行器及模块化机器人的对接机构，包括公头和母头，通过母头内的三个卡扣在拼接时被压簧弹出，卡入公头的凹槽内，依靠摩擦自锁的结构实现锁紧，母头内的强力磁铁可以在对接时吸附公头，使其有自对准的功能，在不进行解锁的情况下无法用外力将公头与母头分离；本发明是一种可用于两个或多个空间飞行器对接时使用的拼接、锁紧机构，可在飞行器对接时有较大的容差。
如图1和图2所示，所述的被动对接结构，包括公头、母头、压簧、压簧挡板、卡扣、限位螺钉、拆卸滑块、公头底座和母头底座。
母头材料为铝合金，与母头头底座通过螺钉实现固连，公头材料为合金钢，与公头头底座通过螺钉实现固连，母头和公头分别通过母头底座和公头底座安装在两个需要拼接的航天器或模块中，将需要被拼接的航天器或机器人模块连接在一起，减小其所占据的空间；所述公头底座和母头底座两侧均有加强筋提高其强度；在母头底座中心同时还固定安装强力磁铁，在对接时吸附公头；
母头表面沿圆周均匀布置六个凹槽，其中三个为减重槽，另外三个为卡扣滑槽，减重槽和卡扣滑槽间隔布置，相邻减重槽中心线与卡扣滑槽中心线间的夹角为60度，相邻的减重槽的中心线形成的夹角为120度，相邻的卡扣滑槽的中心线形成的夹角为120度。
所述的每个卡扣滑槽都包括卡扣，压簧挡板，压簧，限位螺钉和拆卸滑块；
其内部结构如图3所示，在卡扣滑槽内最前方的外侧设有拆卸滑块，梯形的拆卸滑块通过过渡配合与母头外部所开的燕尾槽连接，并可在外力作用下在燕尾槽内滑动；
拆卸滑块后方为压簧挡板，压簧挡板与母头通过螺钉实现固连；压簧挡板内侧压有压簧的一端，压簧的另一端压在卡扣外侧，卡扣位于卡扣滑槽内侧最后方，能来回滑动；当卡扣从母头内部被向外推时压簧被压缩，当外力卸载时压簧会弹回到中立位并将卡扣向母头中心方向推入，限位螺钉可防止卡扣脱落；
在压簧挡板中心开有通孔，用于安放限位螺钉，限位螺钉位于拆卸滑块下方，外套压簧，穿过压簧挡板中心的通孔和压簧，与卡扣外侧的螺纹孔紧固连接；限位螺钉在母头外侧的头部直径大于弹簧挡板的中心孔直径，无法穿过弹簧挡板，从而限制卡扣的位置，避免卡扣从母头的滑槽中脱落。
如图6所示，所述的公头为具有球面和圆锥面接合的头部，进行拼接时公头逐渐接近母头，如图7所示，触碰到母头中间径向通孔的开口边缘滑入或直接进入母头内部，开口边缘设为倒角的圆锥面，公头顶部为圆弧面，当公头进入母头时，公头头部与母头径向通孔产生接触，该设计可减小公头与母头接触时的阻力，并能通过圆锥面增加对接时的容差，使公头能顺利插入母头的内部；
公头进入母头内部后，公头的头部先与三个在母头内部环形分布的卡扣上表面相接触，即与70度的斜面相接触，如图4所示，公头继续按照竖向箭头方向向下移动，公头的头部与卡扣上表面产生的接触力的水平分量会持续将卡扣按横向箭头方向沿滑槽推向母头外部，同时在卡扣与公头产生的接触力的水平分量的作用下，卡扣与母头外壁间的压簧被压缩；在强力磁铁的作用下，公头可被吸入母头并能自对准；
如图5所示，当公头完全进入母头后，其头部与三个卡扣的约束解除，被压缩的压簧弹回中立位并将向母头内部按箭头所示的方向沿滑槽弹回三个卡扣，卡扣下表面卡住公头中段的凹槽的下表面，两者接触面均为70度的圆锥面，通过公头和卡扣的摩擦自锁实现公头与母头的锁紧；在不破坏本体结构的情况下无法用外力将公头向外拔出。
拆卸时，向外拉拔三个卡扣的限位螺钉，从而带动三个卡扣沿卡扣滑槽向母头外侧滑动，利用三个拆卸滑块同时卡住限位螺钉的头部，使卡扣与公头的凹槽表面分离并解锁。
Claims (8)
1.一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：包括公头、母头、压簧、压簧挡板、卡扣、限位螺钉、拆卸滑块、公头底座和母头底座；
母头表面沿圆周均匀布置六个凹槽，其中三个为减重槽，另外三个为卡扣滑槽，减重槽和卡扣滑槽间隔布置；
所述的每个卡扣滑槽都包括卡扣，压簧挡板，压簧，限位螺钉和拆卸滑块；
具体为：在卡扣滑槽内最前方的外侧设有拆卸滑块，拆卸滑块后方为压簧挡板，压簧挡板固定连接在母头上；压簧挡板内侧压有压簧的一端，压簧的另一端压在卡扣外侧，卡扣位于卡扣滑槽内侧最后方，能来回滑动；在压簧挡板中心开有通孔，用于安放限位螺钉，限位螺钉穿过压簧挡板中心的通孔和压簧，与卡扣外侧的螺纹孔紧固连接；
所述的公头为具有球面和圆锥面接合的头部，进行拼接时公头逐渐接近母头，触碰到母头开口边缘滑入母头内部，公头进入母头内部后，公头的头部与三个在母头内部环形分布的卡扣相接触，将卡扣沿卡扣滑槽向外推，同时压簧被压缩；当公头完全进入母头后，被压缩的压簧弹回中立位并将三个卡扣弹回，卡扣下表面卡住公头凹槽的下表面，通过公头和卡扣的摩擦自锁实现对接机构锁紧；
拆卸时，向外拉拔三个限位螺钉，从而带动三个卡扣沿卡扣滑槽向母头外滑动，利用三个拆卸滑块同时卡住限位螺钉的头部，使卡扣与公头的凹槽表面分离并解锁。
2.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的母头固定连接母头头底座，与一个待拼接的航天器或机器人模块连接；公头固定连接公头头底座，与一个待拼接的航天器或机器人模块连接。
3.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的拆卸滑块通过过渡配合安装在母头表面所开的燕尾槽中，并可在外力作用下在燕尾槽内滑动。
4.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的母头底座上，在母头底座正对母头中心通孔的位置固定强力磁铁，在对接时吸附公头并能自对准。
5.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的限位螺钉在母头外侧的头部直径大于弹簧挡板的通孔直径，无法穿过弹簧挡板，从而限制卡扣的位置，避免卡扣从母头的滑槽中脱落。
6.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的母头材料为铝合金，公头的材料为合金钢。
7.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的公头底座和母头底座两侧均有加强筋。
8.如权利要求1所述的一种可用于飞行器及模块化机器人的被动对接结构，其特征在于：所述的母头的开口边缘上侧设为倒角，形成圆锥面与公头的圆锥面配合，减小公头与母头接触时的阻力，增加公头对接时的容差。
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