CN114379822A - 一种用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，包括主动框架、动作机构、被动框架，主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，动作机构安装于主动框架内，主动框架上开设有第一锁紧孔，被动框架上开设有第二锁紧孔，动作机构包括旋转夹持气缸、直线滚珠丝杠导轨、折弯固定板和导轨固定板，直线滚珠丝杠导轨通过导轨固定板固定于主动框架内，旋转夹持气缸通过折弯固定板与直线滚珠丝杠导轨固定连接，当两个可变构卫星运动到指定锁紧位置时，锁紧板穿过第一锁紧孔与第二锁紧孔，并与其相嵌合构成型面连接，进而达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。

Description

一种用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构

技术领域

本发明主要航天器技术领域，具体地说，涉及一种用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构。

背景技术

随着微小卫星及其技术的蓬勃发展，结构固定的卫星已经难以满足各国对其提出的多任务执行能力、较强的环境适应性及抗风险等要求，因此人们将目光转向具有在轨变结构的自重构卫星。自重构卫星由数量不等的结构相同的卫星模块组成，可以在没有外力干预的情况下自主实现卫星构型的变化且无需增减卫星的任何部件。自重构卫星可根据不同任务需求，将原有构型的多个功能卫星模块重组成适应新任务的最佳构型；在局部卫星模块出现故障的情况下，可通过在轨重构完成备用模块与故障模块之间的替换，具有自修复功能；还可根据发射条件将自重构卫星调整到最佳的发射构型，进入轨道后通过在轨重组恢复到运行及工作形态。由于具有以上突出优势，自重构卫星作为新型卫星概念，近年来得到各国密切关注及发展。由于可变构卫星由数量不等的结构相同的卫星模块组成，因此如何实现各卫星模块对接后的周向和轴向锁紧是必须解决的问题。目前航天器上的对接机构主要有以下3种类型：锥杆式对接机构，通过一系列的传动伸缩装置，将两卫星拉近锁定；异体同构周边式对接机构，采用相同的机械结构，完成卫星的捕获对接任务；三叉形对接机构，借助三个抓钩和三个楔形开口，实现了较强的捕获对接功能。虽然上述对接机构都能很好地完成空间捕获对接功能，但是这些对接机构主要服务于大型飞船和卫星，结构复杂，体积质量较大，制造成本高昂，因此不适用于小型可变构卫星的对接。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种结构简单而且能实现稳定可靠锁紧的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构。

本发明的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，包括主动框架、动作机构、被动框架，所述主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，所述动作机构安装于主动框架内，所述主动框架上开设有第一锁紧孔，所述被动框架上开设有第二锁紧孔，所述动作机构包括旋转夹持气缸、直线滚珠丝杠导轨、折弯固定板和导轨固定板，所述直线滚珠丝杠导轨通过导轨固定板固定于主动框架内，所述旋转夹持气缸通过折弯固定板与直线滚珠丝杠导轨固定连接，其中：

所述直线滚珠丝杠导轨包括导轨步进电机、步进电机固定板、联轴器、滑块、导轨丝杆、第一丝杠支架、导轨、安装底板和第二丝杠支架，所述安装底板、步进电机固定板和第一丝杠支架均固定于导轨固定板上，所述导轨和第二丝杠支架均固定于安装底板上，所述导轨步进电机通过步进电机固定板设置于主动框架内，所述导轨步进电机通过联轴器与导轨丝杆连接，所述导轨丝杆可转动地安装于第一丝杠支架和第二丝杠支架上，所述滑块套设于导轨丝杆上，并可在导轨上左右滑行，所述滑块与导轨丝杆之间构成螺旋副，且所述滑块与折弯固定板固定连接；

所述旋转夹持气缸包括气缸本体、气缸活塞杆、锁紧板，所述气缸活塞杆一端与气缸本体可伸缩地连接，其另一端与锁紧板连接，所述气缸本体固定于折弯固定板上；

当两个可变构卫星运动到指定锁紧位置时，所述第一锁紧孔与第二锁紧孔对齐，所述锁紧板穿过第一锁紧孔与第二锁紧孔，并与第一锁紧孔与第二锁紧孔相嵌合构成型面连接将主动框架和被动框架锁紧，达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。

进一步地，所述主动框架包括第一主动框架底盘、第一主动框架立柱、第二主动框架底盘，所述第一主动框架底盘和第二主动框架底盘左右相对且有间隔地设置，所述第一主动框架立柱设置于第一主动框架底盘和第二主动框架底盘之间，且其两端分别与第一主动框架底盘和第二主动框架底盘连接，所述第一锁紧孔开设于第二主动框架底盘上。

进一步地，所述主动框架还包括第二主动框架立柱、第三主动框架立柱，所述第二主动框架立柱和第三主动框架立柱均设置于第一主动框架底盘和第二主动框架底盘之间，且其两端分别与第一主动框架底盘和第二主动框架底盘连接。

进一步地，所述第一主动框架立柱垂直于第一主动框架底盘和第二主动框架底盘设置，且第二主动框架立柱和第三主动框架立柱均平行于第一主动框架立柱设置。

进一步地，所述被动框架包括第一被动框架底盘、第一阻尼器、第二被动框架底盘和第一被动框架立柱，所述第一被动框架底盘和第二被动框架底盘左右相对且有间隔地设置，第一被动框架立柱设置于第一被动框架底盘和第二被动框架底盘之间，且其两端分别与第一被动框架底盘和第二被动框架底盘连接，所述第一阻尼器安装于第一被动框架底盘上靠近第二被动框架底盘的一侧面，所述第二锁紧孔开设于第一被动框架底盘上。

进一步地，所述被动框架还包括第二被动框架立柱、第二阻尼器、第三被动框架立柱、第三阻尼器，所述第二被动框架立柱和第三被动框架立柱均设置于第一被动框架底盘和第二被动框架底盘之间，且其两端分别与第一被动框架底盘和第二被动框架底盘连接，所述第二阻尼器和第三阻尼器均安装于第一被动框架底盘上靠近第二被动框架底盘的一侧面。

进一步地，所述第一被动框架立柱垂直于第一被动框架底盘和第二被动框架底盘设置，且第二被动框架立柱和第三被动框架立柱均平行于第一被动框架立柱设置。

进一步地，所述导轨固定板与安装底板平行设置，且导轨固定板的长度长于安装底板。

进一步地，所述安装底板、步进电机固定板和第一丝杠支架组成开口向上的半框型结构。

进一步地，所述步进电机固定板上开设有安装孔，所述导轨步进电机的输出轴穿过安装孔与联轴器的一端连接，联轴器的另一端与导轨丝杆连接。

本发明的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，包括主动框架、动作机构、被动框架，所述主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，所述动作机构安装于主动框架内，所述主动框架上开设有第一锁紧孔，所述被动框架上开设有第二锁紧孔，所述动作机构包括旋转夹持气缸、直线滚珠丝杠导轨、折弯固定板和导轨固定板，所述直线滚珠丝杠导轨通过导轨固定板固定于主动框架内，所述旋转夹持气缸通过折弯固定板与直线滚珠丝杠导轨固定连接，当两个可变构卫星运动到指定锁紧位置时，所述第一锁紧孔与第二锁紧孔对齐，所述锁紧板穿过第一锁紧孔与第二锁紧孔，并与第一锁紧孔与第二锁紧孔相嵌合构成型面连接将主动框架和被动框架锁紧，达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。

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是本发明的主动框架和动作机构的结构示意图；

图2是本发明的被动框架的主视图；

图3是本发明的被动框架的部分结构示意图；

图4是本发明的直线滚珠丝杠导轨的主视图；

图5是本发明的旋转夹持气缸的结构示意图；

图6是本发明主动框架和被动框架锁紧状态的部分结构示意图。

附图标记说明：

第一主动框架底盘101、第一主动框架立柱102、旋转夹持气缸103、第二主动框架底盘104、第二主动框架立柱105、直线滚珠丝杠导轨106、折弯固定板107、第三主动框架立柱108、导轨固定板109、第一被动框架底盘201、第一阻尼器202、第二被动框架底盘203、第一被动框架立柱204、第二被动框架立柱205、第二阻尼器206、第三被动框架立柱207、第三阻尼器208、导轨步进电机301、步进电机固定板302、联轴器303、滑块304、导轨丝杆305、第一丝杠支架306、导轨307、安装底板308、第二丝杠支架309、气缸本体401、气缸活塞杆402、锁紧板403。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明中，使用的方位如“左”、“右”均以图1所示的视图为基准。术语“第一”、“第二”、“第三”主要用于区分不同的部件，但不对部件进行具体限制。

参见图1-图6，该实施例的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构包括主动框架、动作机构、被动框架，主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，动作机构安装于主动框架内，主动框架上开设有第一锁紧孔，被动框架上开设有第二锁紧孔，动作机构包括旋转夹持气缸103、直线滚珠丝杠导轨106、折弯固定板107和导轨固定板109，直线滚珠丝杠导轨106通过导轨固定板109固定于主动框架内，旋转夹持气缸103通过折弯固定板107与直线滚珠丝杠导轨106固定连接。具体地，直线滚珠丝杠导轨106包括导轨步进电机301、步进电机固定板302、联轴器303、滑块304、导轨丝杆305、第一丝杠支架306、导轨307、安装底板308和第二丝杠支架309，安装底板308、步进电机固定板302和第一丝杠支架306均固定于导轨固定板109上，导轨307和第二丝杠支架309均固定于安装底板308上，导轨步进电机301通过步进电机固定板302设置于主动框架内，导轨步进电机301通过联轴器303与导轨丝杆305连接，导轨丝杆305可转动地安装于第一丝杠支架306和第二丝杠支架309上，滑块304套设于导轨丝杆305上，并可在导轨307上左右滑行，所述滑块304与导轨丝杆305之间构成螺旋副，且所述滑块304与折弯固定板107固定连接；旋转夹持气缸103优选为转角气缸，包括气缸本体401、气缸活塞杆402、锁紧板403，气缸活塞杆402一端与气缸本体401可伸缩地连接，其另一端与锁紧板403连接，气缸本体401固定于折弯固定板107上；当两个可变构卫星运动到指定锁紧位置时，所述第一锁紧孔与第二锁紧孔对齐，锁紧板403穿过第一锁紧孔与第二锁紧孔，并与第一锁紧孔与第二锁紧孔相嵌合构成型面连接将主动框架和被动框架锁紧，达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。需要说明的是，第一锁紧孔与第二锁紧孔优选为腰型孔，锁紧板403为与该腰型孔相配合的结构。当然，该第一锁紧孔与第二锁紧孔也并不限于腰型孔，还可为U形孔、圆孔或其他形状的通孔。

优选地，安装底板308、步进电机固定板302和第一丝杠支架306组成开口向上的半框型结构，联轴器303、滑块304、导轨丝杆305、导轨307和第二丝杠支架309均位于该半框型结构内，导轨固定板109与安装底板308平行设置，且导轨固定板109的长度长于安装底板308。

作为本发明的优选实施例，主动框架包括第一主动框架底盘101、第一主动框架立柱102、第二主动框架底盘104、第二主动框架立柱105、第三主动框架立柱108，第一主动框架底盘101和第二主动框架底盘104左右相对且有间隔地设置，第一主动框架立柱102、第二主动框架立柱105和第三主动框架立柱108均设置于第一主动框架底盘101和第二主动框架底盘104之间，且第一主动框架立柱102、第二主动框架立柱105和第三主动框架立柱108的两端分别与第一主动框架底盘101和第二主动框架底盘104连接，第一锁紧孔开设于第二主动框架底盘104上，第一主动框架立柱102垂直于第一主动框架底盘101和第二主动框架底盘104设置，且第二主动框架立柱105和第三主动框架立柱108均平行于第一主动框架立柱102设置。

同时，参见图2-图3，被动框架包括第一被动框架底盘201、第一阻尼器202、第二被动框架底盘203、第一被动框架立柱204、第二被动框架立柱205、第二阻尼器206、第三被动框架立柱207、第三阻尼器208，第一被动框架底盘201和第二被动框架底盘203左右相对且有间隔地设置，第一被动框架立柱204、第二被动框架立柱205和第三被动框架立柱207均设置于第一被动框架底盘201和第二被动框架底盘203之间，且第一被动框架立柱204、第二被动框架立柱205和第三被动框架立柱207的两端分别与第一被动框架底盘201和第二被动框架底盘203连接，第一阻尼器202、第二阻尼器206和第三阻尼器208均安装于第一被动框架底盘201上靠近第二被动框架底盘203的一侧面，第二锁紧孔开设于第一被动框架底盘201上，第一被动框架立柱204垂直于第一被动框架底盘201和第二被动框架底盘203设置，且第二被动框架立柱205和第三被动框架立柱207均平行于第一被动框架立柱204设置。

需要说明的是，在图1和图2所示的实施例中，主动框架立柱和被动框架立柱的数量均优选为三个，即第一主动框架立柱102、第二主动框架立柱105和第三主动框架立柱108和第一被动框架立柱204、第二被动框架立柱205和第三被动框架立柱207。应当清楚，主动框架立柱和被动框架立柱的数量也可以为四个，当然，主动框架立柱和被动框架立柱的数量还可以有其他更多可能，均可以实现本发明的技术效果。

在进一步的技术方案中，步进电机固定板302上开设有安装孔，导轨步进电机301的输出轴穿过安装孔与联轴器303的一端连接，联轴器303的另一端与导轨丝杆305连接。

本发明首先，当两变构卫星运动到第二主动框架底盘104与第一被动框架底盘201外侧相互接触，且第一锁紧孔与第二锁紧孔对齐时，导轨步进电机301经联轴器303驱动导轨丝杆305正转，导轨丝杆305与滑块304之间构成螺旋副，因此，导轨丝杆305的转动会转化为滑块304沿导轨307的移动，此时滑块304沿导轨307向右移动，由于滑块304与折弯固定板107固定连接，气缸本体401固定于折弯固定板107上，从而滑块304推动旋转夹持气缸103右移，当旋转夹持气缸103被运送到指定锁紧位置后，旋转夹持气缸103通气，气缸本体401推动气缸活塞杆402向右移动，此时，锁紧板403穿过第一锁紧孔和第二锁紧孔，并与第二锁紧孔对齐。由于旋转夹持气缸103为转角气缸，可实现先直线再旋转90度的功能，因此，在锁紧板403穿过第一锁紧孔和第二锁紧孔，并与第二锁紧孔对齐后旋转90°，进入待锁紧状态；之后，导轨步进电机301驱动导轨丝杆305反转，从而驱动滑块304带动旋转夹持气缸103与锁紧板403左移，最终第一锁紧孔、第二锁紧孔与锁紧板403相嵌合构成型面连接，将主动框架和被动框架锁紧，达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。

总之，本发明主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，动作机构设置于主动框架内，当两卫星运动到指定锁紧位置时，由动作机构产生动作，将主动框架和被动框架锁紧，达到卫星之间的周向和轴向锁紧，结构简单而且能实现稳定可靠锁紧。

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)

1.一种用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，包括主动框架、动作机构、被动框架，所述主动框架和被动框架分别安装于两个可变构卫星上，所述动作机构安装于主动框架内，所述主动框架上开设有第一锁紧孔，所述被动框架上开设有第二锁紧孔，所述动作机构包括旋转夹持气缸（103）、直线滚珠丝杠导轨（106）、折弯固定板（107）和导轨固定板（109），所述直线滚珠丝杠导轨（106）通过导轨固定板（109）固定于主动框架内，所述旋转夹持气缸（103）通过折弯固定板（107）与直线滚珠丝杠导轨（106）固定连接，其中：

所述直线滚珠丝杠导轨（106）包括导轨步进电机（301）、步进电机固定板（302）、联轴器（303）、滑块（304）、导轨丝杆（305）、第一丝杠支架（306）、导轨（307）、安装底板（308）和第二丝杠支架（309），所述安装底板（308）、步进电机固定板（302）和第一丝杠支架（306）均固定于导轨固定板（109）上，所述导轨（307）和第二丝杠支架（309）均固定于安装底板（308）上，所述导轨步进电机（301）通过步进电机固定板（302）设置于主动框架内，所述导轨步进电机（301）通过联轴器（303）与导轨丝杆（305）连接，所述导轨丝杆（305）可转动地安装于第一丝杠支架（306）和第二丝杠支架（309）上，所述滑块（304）套设于导轨丝杆（305）上，并可在导轨（307）上左右滑行，所述滑块（304）与导轨丝杆（305）之间构成螺旋副，且所述滑块（304）与折弯固定板（107）固定连接；

所述旋转夹持气缸（103）包括气缸本体（401）、气缸活塞杆（402）、锁紧板（403），所述气缸活塞杆（402）一端与气缸本体（401）可伸缩地连接，其另一端与锁紧板（403）连接，所述气缸本体（401）固定于折弯固定板（107）上；

当两个可变构卫星运动到指定锁紧位置时，所述第一锁紧孔与第二锁紧孔对齐，所述锁紧板（403）穿过第一锁紧孔与第二锁紧孔，并与第一锁紧孔与第二锁紧孔相嵌合构成型面连接将主动框架和被动框架锁紧，达到两变构卫星之间的周向和轴向锁紧。

2.根据权利要求1所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述主动框架包括第一主动框架底盘（101）、第一主动框架立柱（102）、第二主动框架底盘（104），所述第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）左右相对且有间隔地设置，所述第一主动框架立柱（102）设置于第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）之间，且其两端分别与第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）连接，所述第一锁紧孔开设于第二主动框架底盘（104）上。

3.根据权利要求2所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述主动框架还包括第二主动框架立柱（105）、第三主动框架立柱（108），所述第二主动框架立柱（105）和第三主动框架立柱（108）均设置于第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）之间，且其两端分别与第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）连接。

4.根据权利要求3所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述第一主动框架立柱（102）垂直于第一主动框架底盘（101）和第二主动框架底盘（104）设置，且第二主动框架立柱（105）和第三主动框架立柱（108）均平行于第一主动框架立柱（102）设置。

5.根据权利要求1所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述被动框架包括第一被动框架底盘（201）、第一阻尼器（202）、第二被动框架底盘（203）和第一被动框架立柱（204），所述第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）左右相对且有间隔地设置，第一被动框架立柱（204）设置于第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）之间，且其两端分别与第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）连接，所述第一阻尼器（202）安装于第一被动框架底盘（201）上靠近第二被动框架底盘（203）的一侧面，所述第二锁紧孔开设于第一被动框架底盘（201）上。

6.根据权利要求5所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述被动框架还包括第二被动框架立柱（205）、第二阻尼器（206）、第三被动框架立柱（207）、第三阻尼器（208），所述第二被动框架立柱（205）和第三被动框架立柱（207）均设置于第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）之间，且其两端分别与第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）连接，所述第二阻尼器（206）和第三阻尼器（208）均安装于第一被动框架底盘（201）上靠近第二被动框架底盘（203）的一侧面。

7.根据权利要求6所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述第一被动框架立柱（204）垂直于第一被动框架底盘（201）和第二被动框架底盘（203）设置，且第二被动框架立柱（205）和第三被动框架立柱（207）均平行于第一被动框架立柱（204）设置。

8.根据权利要求1所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述导轨固定板（109）与安装底板（308）平行设置，且导轨固定板（109）的长度长于安装底板（308）。

9.根据权利要求1所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述安装底板（308）、步进电机固定板（302）和第一丝杠支架（306）组成开口向上的半框型结构。

10.根据权利要求1所述的用于多体变构卫星的周向轴向双锁紧机构，其特征在于，所述步进电机固定板（302）上开设有安装孔，所述导轨步进电机（301）的输出轴穿过安装孔与联轴器（303）的一端连接，联轴器（303）的另一端与导轨丝杆（305）连接。

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