CN114212282B - 基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法，属于航天技术领域。解决了由于太空垃圾具有形状非规则性等特点，难以采用传统的方法进行锁紧固定的问题，它包括货舱、柔性网、网盘、若干滚珠丝杠、若干滑块、卷筒I、卷筒II、锁定电机和差速器，货舱顶部安装有网盘，网盘上布置有柔性网，若干滑块与网盘相连，若干滑块在滚珠丝杠的带动下带动网盘上下运动，卷筒I和卷筒II安装在网盘上，若干滚珠丝杠由同一个电机同时驱动，卷筒I和卷筒II通过同一个锁定电机进行驱动，并通过差速器实现差动。本发明具有重量轻、可重复使用、适应性强、约束可靠等特点，满足空间操作捕获锁定的技术要求。

Description

基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法
技术领域
本发明属于航天技术领域，特别是涉及一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法。
背景技术
太空垃圾是人类遗留在空间的人造废弃物，通常包括完成任务的火箭箭体、卫星本体、执行航天任务中的抛弃物以及上述物体由于碰撞、爆炸、老化退降产生的碎片、火箭的喷射物等。由于太空垃圾的运动是不确定的，一旦与正在执行飞行任务的航天器发生碰撞，可能会造成航天器结构爆炸解体，使飞行任务提前终止，或者使航天器的关键部分损坏，导致飞行任务永久丧失等。一方面，为了保证空间任务的安全性，需要将太空垃圾进行锁紧固定，避免其对载人航天活动造成威胁；另一方面，太空垃圾上往往装载着一些与航天任务有关的重要信息，需要进一步进行故障分析和科学实验。因此，采用一定的收集与锁定装置，将太空垃圾固定在货舱内并随空间飞机返回地面，有利于保证后续空间任务的有序开展。
然而，由于太空垃圾具有形状非规则性等特点，难以采用传统的方法进行锁紧固定，因此开发出具有形状自适应性、约束可靠的收集与锁定装置是一项亟待解决的关键技术。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法，以解决由于太空垃圾具有形状非规则性等特点，难以采用传统的方法进行锁紧固定的问题，其具有重量轻、可重复使用、适应性强、约束可靠等特点，满足空间操作捕获锁定的技术要求。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，包括货舱、柔性网、网盘、若干滚珠丝杠、若干滑块、卷筒I、卷筒II、锁定电机和差速器，
所述货舱顶部安装有网盘，网盘上布置有柔性网，若干滑块与网盘相连，若干滑块在滚珠丝杠的带动下带动网盘上下运动，所述卷筒I和卷筒II安装在网盘上，若干滚珠丝杠由同一个电机同时驱动，卷筒I和卷筒II通过同一个锁定电机进行驱动，并通过差速器实现差动。
更进一步的，所述货舱为圆筒状，舱门安装在货舱侧壁上。
更进一步的，滚珠丝杠与滑块的个数相同，两两配合形成滚珠丝杠副，若干滚珠丝杠副均布在货舱圆周。
更进一步的，网盘上设置有若干个孔，柔性网由一根绳索缠绕而成，绳索穿过网盘上的若干孔之后，其两端分别固定在卷筒I和卷筒II上。
更进一步的，所述差速器为齿轮式差速器，所述差速器包括输入轴、输出轴I和输出轴II。
更进一步的，所述输入轴连接锁定电机的输出轴，差速器的输出轴I和输出轴II分别连接卷筒I和卷筒II的轴。
一种所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的收集方法，具体包括以下步骤：
(1)在货舱侧面开启舱门，将太空垃圾放入货舱内，舱门关闭；
(2)对驱动若干滚珠丝杠的电机通电，带动若干滚珠丝杠旋转，若干滑块拖动网盘向下运动，柔性网将太空垃圾罩住，最终网盘到达终点位置，太空垃圾收集过程结束。
一种所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的锁定方法，锁定电机运转，差速器的输入轴转动，输出轴I和输出轴II同时转动，带动卷筒I和卷筒II同时转动，组成柔性网的绳索两端同时收紧。
相对于现有技术，本发明所述的一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置及其收集和锁定方法具有以下优势：
1、本发明收集和锁定所用的驱动电机等与货舱结构高度集成，节约空间，各向运动及约束耦合但不存在空间干涉。
2、本发明采用的柔性网对未知形状和尺寸的太空垃圾具有很好的尺寸适应性。
3、本发明的锁定最终位置可通过电机抱死及丝杠自锁可靠实现，绳索两端的差速运动也保证了绳索缩紧状态更加稳定可靠。
4、本发明所述的收集与锁定装置结构简单、控制方便、质量轻、可重复使用且易于维护。
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为本发明所述的一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的初始状态示意图；
图2为本发明所述的一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的锁定状态示意图；
图3为本发明所述的一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置中差速器结构示意图。
附图标记说明：
1-货舱，2-舱门，3-柔性网，4-网盘，5-滚珠丝杠，6-滑块，7-太空垃圾，8-卷筒I，9-卷筒II，10-锁定电机，11-差速器，111-输入轴，112-输出轴I，113-输出轴II。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一、具体实施方式一，参见图1-3说明本实施方式，本具体实施方式所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，包括货舱1、柔性网3、网盘4、若干滚珠丝杠5、若干滑块6、卷筒I8、卷筒II9、锁定电机10和差速器11，所述货舱1顶部安装有网盘4，网盘4上布置有柔性网3，若干滑块6与网盘4相连，若干滑块6在滚珠丝杠5的带动下带动网盘4上下运动，所述卷筒I8和卷筒II9安装在网盘4上，若干滚珠丝杠5由同一个电机同时驱动，卷筒I8和卷筒II9通过同一个锁定电机10进行驱动，并通过差速器11实现差动。
所述货舱1为圆筒状，舱门2安装在货舱1侧壁上。
滚珠丝杠5与滑块6的个数相同，两两配合形成滚珠丝杠副，若干滚珠丝杠副均布在货舱1圆周。
网盘4上设置有若干个孔，柔性网3由一根绳索缠绕而成，绳索穿过网盘4上的若干孔之后，其两端分别固定在卷筒I8和卷筒II9上。
所述差速器11为齿轮式差速器，其输入轴111连接锁定电机10的输出轴，差速器的输出轴I112和输出轴II113分别连接卷筒I8和卷筒II9的轴。
参考图1-图3说明本申请的一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的收集方法：
太空垃圾收集过程：在货舱1侧面开启舱门2，将太空垃圾7放入货舱1内，舱门2关闭。对驱动若干滚珠丝杠5的电机通电，带动4个滚珠丝杠5旋转，4个滑块6拖动网盘4向下运动，柔性网3将太空垃圾7罩住，最终网盘4到达终点位置，太空垃圾收集过程结束。
一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的锁定方法：
太空垃圾锁定过程：锁定电机10运转，差速器11的输入轴111转动，输出轴I112和输出轴II113同时转动，带动卷筒I8和卷筒II9同时转动，组成柔性网3的绳索两端同时收紧。但是由于绳索在收卷过程中所受到的摩擦力等因素，其两端的收卷运动可能是不同步的，差速器11保证了当绳索的一端收卷结束时，另一端还可以继续收卷，使锁紧更稳定可靠。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。

Claims (6)

1.一种基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，其特征在于：包括货舱(1)、柔性网(3)、网盘(4)、若干滚珠丝杠(5)、若干滑块(6)、卷筒I(8)、卷筒II(9)、锁定电机(10)和差速器(11)，
所述货舱(1)顶部安装有网盘(4)，网盘(4)上布置有柔性网(3)，若干滑块(6)与网盘(4)相连，若干滑块(6)在滚珠丝杠(5)的带动下带动网盘(4)上下运动，所述卷筒I(8)和卷筒II(9)安装在网盘(4)上，若干滚珠丝杠(5)由同一个电机同时驱动，卷筒I(8)和卷筒II(9)通过同一个锁定电机(10)进行驱动，并通过差速器(11)实现差动；
滚珠丝杠(5)与滑块(6)的个数相同，两两配合形成滚珠丝杠副，若干滚珠丝杠副均布在货舱(1)圆周；
网盘(4)上设置有若干个孔，柔性网(3)由一根绳索缠绕而成，绳索穿过网盘(4)上的若干孔之后，其两端分别固定在卷筒I(8)和卷筒II(9)上。
2.根据权利要求1所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，其特征在于：所述货舱(1)为圆筒状，舱门(2)安装在货舱(1)侧壁上。
3.根据权利要求1所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，其特征在于：所述差速器(11)为齿轮式差速器，所述差速器(11)包括输入轴(111)、输出轴I(112)和输出轴II(113)。
4.根据权利要求3所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置，其特征在于：所述输入轴(111)连接锁定电机(10)的输出轴，差速器的输出轴I(112)和输出轴II(113)分别连接卷筒I(8)和卷筒II(9)的轴。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的收集方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)在货舱(1)侧面开启舱门(2)，将太空垃圾(7)放入货舱(1)内，舱门(2)关闭；
(2)对驱动若干滚珠丝杠(5)的电机通电，带动若干滚珠丝杠(5)旋转，若干滑块(6)拖动网盘(4)向下运动，柔性网(3)将太空垃圾(7)罩住，最终网盘(4)到达终点位置，太空垃圾收集过程结束。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的基于柔性网的太空垃圾收集与锁定装置的锁定方法，其特征在于：锁定电机(10)运转，差速器(11)的输入轴(111)转动，输出轴I(112)和输出轴II(113)同时转动，带动卷筒I(8)和卷筒II(9)同时转动，组成柔性网(3)的绳索两端同时收紧。
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