CN114671054B - 一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具 - Google Patents

Abstract

一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，涉及航天航空技术领域。为了解决现有的喷管抓捕工具在抓捕到卫星后，锥杆与发动机喷管存在连接不稳定的问题。本发明中锁紧支撑段外壳与调姿定位段外壳通过等速万向节进行连接，锁紧模块安装在锁紧支撑段外壳内，驱动模块、定位模块和调姿模块设置在调姿定位段外壳内，驱动模块的一端与锁紧支撑段外壳的尾端固连，驱动模块的另一端与定位模块的一端连接，定位模块的另一端与调姿模块的一端转动连接，调姿模块的另一端连接在调姿定位段外壳的内壁上；消旋模块的一端与调姿定位段外壳的尾端连接，消旋模块的另一端与电气模块的一端固连，电气模块的另一端与快换接口的一端与固连。本发明主要用于抓捕空间卫星。

Description

一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具

技术领域

本发明涉及航天航空抓捕技术领域，尤其涉及一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具。

背景技术

现阶段由于高轨卫星覆盖面积大，且相对地面运动速度较慢，在通信、导航、预警、遥感等军用和民用领域发挥着重要作用。对高轨卫星开展在轨服务可延长卫星寿命、提高其任务执行能力，是当前国内外的研究热点之一。在对高轨卫星进行在轨服务的过程中，根据需要可对在轨卫星进行辅助变轨、燃料补给、姿态控制、卫星接管、故障修复等操作。在该类操作过程中，均需对卫星进行抓捕，并根据任务需要在特定条件下进行释放。

目前对高轨卫星的抓捕主要包括机械臂抓捕、爪式抓捕、锥杆对接、飞网抓捕及绳系抓捕等几种抓捕方式。在对高轨卫星进行抓捕控制时，由于现有国内外的高轨卫星在轨道转移时主要采用的是轨控发动机，而轨控发动机的喷管通常呈锥面，并具有较大的尺寸和较强的刚度，因此适合采用喷管抓捕工具进行抓捕。另外，对于高轨卫星通常不具备标准抓捕和对接接口，因此选择发动机喷管作为一般高轨卫星目标对接捕获接口具有广泛的应用领域。现有的卫星发动机喷管抓捕工具在抓捕到卫星后，锥杆与发动机喷管存在连接不稳定的问题，从而对高轨卫星进行在轨服务产生困难。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：有的卫星发动机喷管抓捕工具在抓捕到卫星后，锥杆与发动机喷管存在连接不稳定的问题，从而对高轨卫星进行在轨服务产生困难；进而提供一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，包括同轴设置的锁紧模块、调姿模块、定位模块、消旋模块、电气模块、快换接口、支撑外壳、等速万向节和驱动模块；所述的支撑外壳包括锁紧支撑段外壳和调姿定位段外壳，所述的锁紧支撑段外壳的尾端从调姿定位段外壳的前端端口插入到调姿定位段外壳内，且二者通过等速万向节进行转动连接，所述的锁紧模块安装在锁紧支撑段外壳内，且锁紧模块的两端伸出锁紧支撑段外壳；所述的驱动模块、定位模块和调姿模块轴向依次设置在调姿定位段外壳内，所述的驱动模块的一端与锁紧支撑段外壳的尾端固连，且驱动模块的一端驱动端驱动锁紧模块运转；驱动模块的另一端与定位模块的一端连接，且驱动模块的另一端驱动端驱动定位模块运转；所述的定位模块的另一端与调姿模块的一端转动连接，调姿模块的另一端连接在调姿定位段外壳的内壁上；所述的消旋模块的一端与调姿定位段外壳的尾端固连，所述的消旋模块的另一端与电气模块的一端连接，所述的电气模块的另一端与快换接口的一端与固连；所述的锁紧模块包括胀紧头、多根胀紧杆、拉杆、滑套、弹簧、支撑套、传动连杆、丝杠螺母和滚珠丝杠Ⅰ；所述的滚珠丝杠Ⅰ的输入端与驱动模块的一端驱动端连接，所述的丝杠螺母的一端螺接在滚珠丝杠Ⅰ的输出端上并可沿着滚珠丝杠Ⅰ的轴线方向轴向移动，所述的丝杠螺母的另一端与传动连杆的尾端固连，所述的传动连杆的前端与拉杆的尾端固连，所述的拉杆的前端螺接有胀紧头；所述的滑套套在拉杆与传动连杆的连接处，并可沿着锁紧支撑段外壳的内壁轴向移动，所述的支撑套固接在锁紧支撑段外壳内并套在传动连杆外；所述的弹簧套在传动连杆外并设置在滑套与支撑套之间，弹簧的一端抵接在支撑套上，弹簧的另一端抵接在支撑套上；所述的多根胀紧杆以拉杆为中心周向均匀设置，胀紧杆的一端抵接在胀紧头的下端面上，胀紧杆的另一端通过销轴铰接在滑套的内壁上，且胀紧杆的另一端端部抵接在传动连杆的侧壁上。

进一步的，所述的传动连杆与胀紧杆的接触段为圆台状结构，传动连杆上圆台段的斜坡面靠近拉杆侧内径逐渐减小；所述的胀紧杆的另一端端部为弯钩状结构，胀紧杆上的弯钩端面抵接在传动连杆前端的斜坡面上。

进一步的，所述的锁紧支撑段外壳的前端为变坡度的圆台状结构，锁紧支撑段外壳前端的圆台状结构靠近胀紧头侧内径逐渐减小，且圆台状结构的坡度逐渐减小。

进一步的，所述的驱动模块包括电机安装壳和双头驱动电机，所述的双头驱动电机固装在电机安装壳内，电机安装壳的一端通过紧固螺钉安装在锁紧支撑段外壳的尾端上，双头驱动电机输出轴的一端与滚珠丝杠Ⅰ的输入端连接。

进一步的，所述的定位模块包括丝杠螺母凸轮、多个定位触点、多个触点安装外壳、滚珠丝杠Ⅱ、固定外壳和压缩弹簧；所述的固定外壳通过紧固螺钉安装在电机安装壳的另一端，所述的多个触点安装外壳周向均匀倾斜设置在固定外壳上；所述的滚珠丝杠Ⅱ设置在固定外壳内，且所述的滚珠丝杠Ⅱ的输入端与双头驱动电机输出轴的另一端连接，滚珠丝杠Ⅱ的输出端转动连接在调姿模块上；所述的丝杠螺母凸轮螺接在滚珠丝杠Ⅱ上并沿着滚珠丝杠Ⅱ的轴线方向轴向移动；每个触点安装外壳内插装有一个定位触点，所述的定位触点的两端分别伸出触点安装外壳的两端端口，且定位触点的底端插在固定外壳内，并抵接在丝杠螺母凸轮的侧壁上；所述的定位触点的外壁上设置有轴肩，每个定位触点上套有一个压缩弹簧，所述的压缩弹簧的一端抵接在固定外壳的顶壁上，压缩弹簧的另一端抵接在定位触点的轴肩上。

进一步的，所述的丝杠螺母凸轮为异形件，丝杠螺母凸轮与定位触点的接触面包括轴向依次设置的平直段Ⅰ、斜坡段和平直段Ⅱ，所述的平直段Ⅰ的外径小于平直段Ⅱ的外径，所述的斜坡段的斜坡面垂直于定位触点的轴线。

进一步的，所述的调姿定位段外壳与定位触点的接触面垂直于定位触点的轴线。

进一步的，所述的调姿模块包括深沟球轴承、轴承座和多根拉伸弹簧；所述的轴承座通过多根拉伸弹簧固定在调姿定位段外壳内，深沟球轴承安装在轴承座内；所述的多根拉伸弹簧周向均匀设置在调姿定位段外壳内，拉伸弹簧的一端与调姿定位段外壳的内壁固连，拉伸弹簧的另一端连接在轴承座的外壁上；滚珠丝杠Ⅱ的输出端固定在深沟球轴承的内圈中。

进一步的，所述的消旋模块包括动摩擦片、静摩擦片、电磁线圈、制动器外壳、多根导向销、压缩弹簧、制动器内壳和两个滚珠轴承；所述的制动器外壳为筒状结构，制动器外壳的一端端面开有环形凹槽，所述的电磁线圈安装在制动器外壳的环形凹槽里，所述的制动器内壳同轴插装在制动器外壳的中心通孔内，且制动器内壳的前端伸出制动器外壳开有环形凹槽的一端端口，制动器内壳的尾端通过两个滚珠轴承固定在制动器外壳内；所述的动摩擦片与静摩擦片轴向依次套装在制动器内壳上，且静摩擦片处于制动器外壳上环形凹槽的开口侧，所述的静摩擦片通过多根导向销同轴连接在制动器外壳上，压缩弹簧套在导向销上，且压缩弹簧的一端抵接在静摩擦片上，压缩弹簧的另一端抵接在制动器外壳上；所述的动摩擦片与制动器内壳的前端端部固连；所述的动摩擦片固定在调姿定位段外壳的尾端。

进一步的，所述的静摩擦片与动摩擦片相接触的表面喷涂有摩擦涂层。

本发明与现有技术相比产生的有益效果是：

1、本发明中的喷管抓捕工具通过锁紧模块将目标卫星进行锁紧抓捕，并保证了喷管抓捕工具与发动机喷管抓捕的稳定性；

2、本发明中的等速万向节为锁紧模块和锁紧支撑段外壳提供偏摆能力，同时能够通过锁紧支撑段外壳将目标卫星绕主轴的高速自旋传递到调姿定位段外壳，更加有利于对喷管的抓捕操作；

3、本发明中的锁紧支撑段外壳在受到喷管的作用力后，与调姿定位段外壳之间产生偏摆，调姿模块不仅对定位模块、驱动模块和锁紧模块起到一个支撑的作用，防止锁紧支撑段外壳带动锁紧模块偏摆角度过大，对调姿定位段外壳的内壁产生破坏，为抓捕工具抓捕过程中提供角度上的适应性，更加有利于锁紧模块进入发动机喷管喉部，还对调姿定位段外壳起到一个拨正的作用；

4、本发明中的定位模块对调姿定位段外壳产生与锁紧支撑段外壳偏摆方向相反的偏心力，在定位模块的作用下，使得调姿定位段外壳朝向与锁紧支撑段外壳偏摆方向相反的方向转动，直至调姿定位段外壳的中心轴与锁紧支撑段外壳的中心轴同轴；

5、本发明中的消旋模块相当于制动器，能够提供摩擦力矩，可以对目标卫星进行消旋，通过动、静摩擦片之间的摩擦消除来自于目标卫星主轴方向的旋转运动，降低目标卫星绕主轴的转动速度，防止高速转动传递到机械臂和服务卫星本体上，以便保护机械臂和服务卫星平台。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明整体结构示意图；

图2为锁紧模块与发动机喷管喉部锁紧前的状态图；

图3为锁紧模块与发动机喷管喉部锁紧过程中的状态图；

图4为锁紧模块与发动机喷管喉部锁紧后的状态图；

图5为调姿模块的结构示意图；

图6为定位模块与调姿定位段外壳定位前的状态图；

图7为定位模块与调姿定位段外壳定位过程中的状态图一；

图8为定位模块与调姿定位段外壳定位过程中的状态图二；

图9为定位模块与调姿定位段外壳定位后的状态图；

图10为消旋模块的结构示意图；

图11为制动器外壳的结构示意图；

图12为丝杠螺母凸轮的结构示意图。

图中：1-锁紧模块、1-1-胀紧头、1-2-胀紧杆、1-3-拉杆、1-4-滑套、1-5-弹簧、1-6-支撑套、1-7-传动连杆、1-8-丝杠螺母、1-9-滚珠丝杠Ⅰ、2-调姿模块、2-1-深沟球轴承、2-2-轴承座、2-3-拉伸弹簧、3-定位模块、3-1-丝杠螺母凸轮、3-1-1-平直段Ⅰ、3-1-2-斜坡段、3-1-3-平直段Ⅱ、3-2-定位触点、3-3-触点安装外壳、3-4-滚珠丝杠Ⅱ、3-5-固定外壳、3-6-压缩弹簧、4-消旋模块、4-1-动摩擦片、4-2-静摩擦片、4-3-电磁线圈、4-4-制动器外壳、4-4-1-环形凹槽、4-4-2-圆环形盘体、4-4-3-安装孔Ⅰ、4-4-4-螺纹孔、4-5-导向销、4-6-压缩弹簧、4-7-制动器内壳、4-8-滚珠轴承、5-电气模块、6-快换接口、7-支撑外壳、7-1-锁紧支撑段外壳、7-2-调姿定位段外壳、8-等速万向节、9-驱动模块、9-1-电机安装壳、9-2-双头驱动电机、10-发动机喷管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1至图11所示，本申请实施例提供一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，包括同轴设置的锁紧模块1、调姿模块2、定位模块3、消旋模块4、电气模块5、快换接口6、支撑外壳7、等速万向节8和驱动模块9；

所述的支撑外壳7包括锁紧支撑段外壳7-1和调姿定位段外壳7-2，所述的锁紧支撑段外壳7-1的尾端从调姿定位段外壳7-2的前端端口插入到调姿定位段外壳7-2内，且二者通过等速万向节8进行转动连接，所述的锁紧模块1安装在锁紧支撑段外壳7-1内，且锁紧模块1的两端伸出锁紧支撑段外壳7-1；所述的驱动模块9、定位模块3和调姿模块2轴向依次设置在调姿定位段外壳7-2内，所述的驱动模块9的一端与锁紧支撑段外壳7-1的尾端固连，且驱动模块9的一端驱动端驱动锁紧模块1运转；驱动模块9的另一端与定位模块3的一端连接，且驱动模块9的另一端驱动端驱动定位模块3运转；所述的定位模块3的另一端与调姿模块2的一端转动连接，调姿模块2的另一端连接在调姿定位段外壳7-2的内壁上；

所述的消旋模块4的一端与调姿定位段外壳7-2的尾端连接，所述的消旋模块4的另一端与电气模块5的一端固连，所述的电气模块5的另一端与快换接口6的一端与固连；

所述的锁紧模块1包括胀紧头1-1、多根胀紧杆1-2、拉杆1-3、滑套1-4、弹簧1-5、支撑套1-6、传动连杆1-7、丝杠螺母1-8和滚珠丝杠Ⅰ1-9；所述的滚珠丝杠Ⅰ1-9的输入端与驱动模块9的输出端连接，所述的丝杠螺母1-8的一端螺接在滚珠丝杠Ⅰ1-9的输出端上并可沿着滚珠丝杠Ⅰ1-9的轴线方向轴向移动，所述的丝杠螺母1-8的另一端与传动连杆1-7的尾端固连，所述的传动连杆1-7的前端与拉杆1-3的尾端固连，所述的拉杆1-3的前端螺接有胀紧头1-1；所述的滑套1-4套在拉杆1-3与传动连杆1-7的连接处，并可沿着锁紧支撑段外壳7-1的内壁轴向移动，所述的支撑套1-6固接在锁紧支撑段外壳7-1内并套在传动连杆1-7外；所述的弹簧1-5套在传动连杆1-7外并设置在滑套1-4与支撑套1-6之间，弹簧1-5的一端抵接在支撑套1-6上，弹簧1-5的另一端抵接在支撑套1-6上；所述的多根胀紧杆1-2以拉杆1-3为中心周向均匀设置，胀紧杆1-2的一端抵接在胀紧头1-1的下端面上，胀紧杆1-2的另一端通过销轴铰接在滑套1-4的内壁上，且胀紧杆1-2的另一端端部抵接在传动连杆1-7的侧壁上。

本实施方式中，如图2至图4所示，所述的锁紧模块1用于对目标卫星发动机喷管10喉部进行锁紧，即对目标卫星进行抓捕；当抓捕工具的中心轴与发动机喷管10喉部的中心轴存在角度偏差时，锁紧支撑段外壳7-1前端的一侧外壁首先接触到发动机喷管10的内壁，锁紧支撑段外壳7-1在发动机喷管10内壁的受力下，锁紧支撑段外壳7-1在等速万向节8的作用下与调姿定位段外壳7-2之间产生偏摆，直至锁紧支撑段外壳7-1的中心轴与发动机喷管10的中心轴同轴后锁紧支撑段外壳7-1不再产生偏摆，在锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1产生偏摆的过程中，调姿模块2不仅对定位模块3、驱动模块9和锁紧模块1起到一个支撑的作用，防止锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1偏摆角度过大，对调姿定位段外壳7-2的内壁产生破坏，为抓捕工具抓捕过程中提供角度上的适应性，更加有利于锁紧模块1进入发动机喷管10喉部，还对调姿定位段外壳7-2起到一个拨正的作用，即调姿模块2对调姿定位段外壳7-2产生与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的偏心力，同时定位模块3对调姿定位段外壳7-2也产生与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的偏心力，在调姿模块2与定位模块3的共同作用下，使得调姿定位段外壳7-2朝向与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的方向转动，直至调姿定位段外壳7-2的中心轴与锁紧支撑段外壳7-1的中心轴同轴；所述的消旋模块4相当于制动器，能够提供摩擦力矩，隔离目标卫星绕主轴的高速自旋；所述的电气模块5用来实现对抓捕工具的驱动和控制；所述的快换接口6用来与快换装置实现快速对接；所述的驱动模块9用于锁紧模块1与定位模块3的运转。

本实施方式中，所述的胀紧头1-1的两端为锥形，即胀紧头1-1的横截面为菱形结构，胀紧头1-1其中一个锥形的尖端开有内螺纹，所述的拉杆1-3的前端设置有螺柱，所述的胀紧头1-1与拉杆1-3螺纹连接；所述的多根胀紧杆1-2与胀紧头1-1的抵接端共同形成花瓣状结构；所述的滑套1-4为圆筒状结构，滑套1-4靠近胀紧头1-1的一端端口口径小于另一端的端口口径，即滑套1-4靠近胀紧头1-1的一端端口内设置有圆环形凸起，所述的支撑套1-6为圆环状结构，支撑套1-6的两端端部外径小于中间段的外径，所述的支撑套1-6的中间段与支撑套1-6外径较小的两端端部形成轴肩，所述的支撑套1-6用于支撑传动连杆1-7，支撑套1-6的中间段通过紧固螺钉螺接在锁紧支撑段外壳7-1的内壁上；所述的丝杠螺母1-8的外壁开有滑槽，锁紧支撑段外壳7-1与丝杠螺母1-8相对的部分设置有滑杆，所述的丝杠螺母1-8通过滑槽滑动连接在锁紧支撑段外壳7-1的内壁上；

本实施方式中，当抓捕工具的锁紧模块1插入到发动机喷管10的喉部时，锁紧支撑段外壳7-1的前端端部抵接在发动机喷管10的内壁上；此时驱动模块9驱动滚珠丝杠Ⅰ1-9转动，所述的丝杠螺母1-8沿着滚珠丝杠Ⅰ1-9的轴线方向朝向驱动模块9的方向直线运动，丝杠螺母1-8带动传动连杆1-7朝向驱动模块9的方向直线运动，传动连杆1-7带动拉杆1-3朝向驱动模块9的方向直线运动，拉杆1-3带动胀紧头1-1朝向驱动模块9的方向直线运动，胀紧头1-1下端的锥面对多根胀紧杆1-2与胀紧头1-1所接触的端面产生挤压的作用力，胀紧杆1-2以胀紧杆1-2与支撑套1-6的铰接端为轴向外转动，使得多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构向外张开，即花瓣状结构的外径逐渐增加，直至多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外径大于发动机喷管10喉部的内径，并且由于胀紧头1-1对胀紧杆1-2产生朝向驱动模块9的力，胀紧头1-1带动胀紧杆1-2朝向驱动模块9运动，胀紧杆1-2带动与其连接的滑套1-4克服弹簧1-5的阻力朝向驱动模块9运动，直至多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外壁抵接在发动机喷管10喉部的内壁上，此时弹簧1-5处于压缩的状态，存储有弹性势能；抓捕工具通过多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外壁与锁紧支撑段外壳7-1前端的外壁将发动机喷管10锁紧，并且两个锁紧端同轴设置，保证了抓捕工具与发动机喷管之间不会产生晃动，即保证了抓捕工具与发动机喷管抓捕的稳定性。

本实施方式中，当对高轨卫星进行在轨服务完成后，抓捕工具需要与高轨卫星分离，驱动模块9驱动锁紧模块1中的滚珠丝杠Ⅰ1-9反转，所述的丝杠螺母1-8沿着滚珠丝杠Ⅰ1-9的轴线方向朝向发动机喷管10的方向直线运动，丝杠螺母1-8带动传动连杆1-7朝向发动机喷管10的方向直线运动，传动连杆1-7带动拉杆1-3朝向发动机喷管10的方向直线运动，拉杆1-3带动胀紧头1-1朝向发动机喷管10里面的方向直线运动，胀紧头1-1下端的锥面不再对多根胀紧杆1-2与胀紧头1-1所接触的端面产生挤压的作用力，而拉杆1-3对胀紧杆1-2的尾端产生作用力，使得胀紧杆1-2以胀紧杆1-2与支撑套1-6的铰接端为轴向拉杆1-3的方向转动，多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外径逐渐减小，直至多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外径小于发动机喷管10喉部的内径，并且在处于压缩状态下的弹簧1-5的作用下，滑套1-4沿着锁紧支撑段外壳7-1的内壁朝向发动机喷管10喉部的方向直线运动，直至滑套1-4复位；此时锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1从发动机喷管10的喉部抽出，抓捕工具与高轨卫星分离。本实施方式中，所述的支撑外壳7的前端端部均布N个微动开关，通过微动开关的导通信息判断喷管抓捕工具与发动机喷管10内壁曲面的接触状态，从而确定驱动模块9的工作时机。

本实施方式中，所述的等速万向节8不仅能够实现锁紧支撑段外壳7-1与调姿定位段外壳7-2之间的偏摆，即等速万向节8为锁紧模块1和锁紧支撑段外壳7-1提供偏摆能力，同时能够通过锁紧支撑段外壳7-1将目标卫星绕主轴的高速自旋传递到调姿定位段外壳7-2，更加有利于对喷管的抓捕操作；

在一种可能的实施方案中，所述的传动连杆1-7与胀紧杆1-2的接触段为圆台状结构，传动连杆1-7上圆台段的斜坡面靠近拉杆1-3侧内径逐渐减小；所述的胀紧杆1-2的另一端端部为弯钩状结构，胀紧杆1-2上的弯钩端面抵接在传动连杆1-7前端的斜坡面上。

本实施方式中，如图2、图3和图4所示，当胀紧杆1-2以胀紧杆1-2与支撑套1-6的铰接端为轴向外转动时，传动连杆1-7与胀紧杆1-2的接触段设计为圆台状结构，由于圆台的侧壁为斜坡面的形式，因此传动连杆1-7圆台段的侧壁不会对胀紧杆1-2的转动产生影响，而当抓捕工具需要脱离高轨卫星时，传动连杆1-7由于会沿着多根胀紧杆1-2的长度方向朝向发动机喷管10内部的方向运动，传动连杆1-7的圆台段会对胀紧杆1-2的尾端产生作用力，并且传动连杆1-7的圆台段使得多根胀紧杆1-2尾端的内径逐渐增加，因此实现胀紧杆1-2以胀紧杆1-2与支撑套1-6的铰接端为轴向拉杆3的方向转动，多根胀紧杆1-2所形成的花瓣状结构的外径逐渐减小的目的。

在一种可能的实施方案中，所述的锁紧支撑段外壳7-1的前端为变坡度的圆台状结构，锁紧支撑段外壳7-1前端的圆台状结构靠近胀紧头1-1侧内径逐渐减小，且圆台状结构的坡度逐渐减小。

本实施方式中，如图2、图3和图4所示，将锁紧支撑段外壳7-1的前端设计成变坡度的圆台状结构，是为了使得锁紧支撑段外壳7-1的前端可以适用于不同内径的发动机喷管10，且锁紧支撑段外壳7-1的前端可以与发动机喷管10的内壁快速贴合，已达到抓捕工具可以快速与高轨卫星的发动机喉管快速定位的目的。

在一种可能的实施方案中，所述的驱动模块9包括电机安装壳9-1和双头驱动电机9-2，所述的双头驱动电机9-2固装在电机安装壳9-1内，电机安装壳9-1的一端通过紧固螺钉安装在锁紧支撑段外壳7-1的尾端上，双头驱动电机9-2输出轴的一端与滚珠丝杠Ⅰ1-9的输入端连接。

在一种可能的实施方案中，所述的定位模块3包括丝杠螺母凸轮3-1、多个定位触点3-2、多个触点安装外壳3-3、滚珠丝杠Ⅱ3-4、固定外壳3-5和压缩弹簧3-6；所述的固定外壳3-5通过紧固螺钉安装在电机安装壳9-1的另一端，所述的多个触点安装外壳3-3周向均匀倾斜设置在固定外壳3-5上；所述的滚珠丝杠Ⅱ3-4设置在固定外壳3-5内，且所述的滚珠丝杠Ⅱ3-4的输入端与双头驱动电机9-2输出轴的另一端连接，滚珠丝杠Ⅱ3-4的输出端转动连接在调姿模块2上；所述的丝杠螺母凸轮3-1螺接在滚珠丝杠Ⅱ3-4上并沿着滚珠丝杠Ⅱ3-4的轴线方向轴向移动；每个触点安装外壳3-3内插装有一个定位触点3-2，所述的定位触点3-2的两端分别伸出触点安装外壳3-3的两端端口，且定位触点3-2的底端插在固定外壳3-5内，并抵接在丝杠螺母凸轮3-1的侧壁上；所述的定位触点3-2的外壁上设置有轴肩，每个定位触点3-2上套有一个压缩弹簧3-6，所述的压缩弹簧3-6的一端抵接在固定外壳3-5的顶壁上，压缩弹簧3-6的另一端抵接在定位触点3-2的轴肩上。

本实施方式中，如图6、图7、图8和图9所示，当抓捕工具的中心轴与发动机喷管10喉部的中心轴存在角度偏差时，抓捕工具对目标卫星进行抓捕的过程中，会导致锁紧支撑段外壳7-1在等速万向节8的作用下与调姿定位段外壳7-2之间产生偏摆，在锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1产生偏摆的过程中，驱动模块9和定位模块3也会产生偏摆，即驱动模块9和定位模块3的中心轴与调姿定位段外壳7-2的中心轴会不在同一轴线上，产生一定的偏摆角，那么定位模块3上的多个定位触点3-2的尖端距离调姿定位段外壳7-2的内壁的距离不在相同；由于驱动模块9中的电机为双头驱动电机，当双头驱动电机9-2带动滚珠丝杠Ⅰ1-9转动的同时，也会带动滚珠丝杠Ⅱ3-4转动，滚珠丝杠Ⅱ3-4转动，会带动与其转动连接的丝杠螺母凸轮3-1沿着滚珠丝杠Ⅱ3-4的轴线方向朝向驱动模块9的方向直线运动，而丝杠螺母凸轮3-1的侧壁会给定位触点3-2一个挤压力，定位触点3-2沿着触点安装外壳3-3的轴线方向向外伸出，并逐渐靠近调姿定位段外壳7-2的内壁，当距离调姿定位段外壳7-2内壁较近的定位触点3-2率先接触到调姿定位段外壳7-2的内壁时，定位触点3-2会给调姿定位段外壳7-2的内壁一个挤压力，使得调姿定位段外壳7-2受到与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的偏心力，调姿定位段外壳7-2朝向与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的方向转动，直至调姿定位段外壳7-2与锁紧支撑段外壳7-1同轴，此时多根定位触点3-2的尖端全部抵接在调姿定位段外壳7-2的内壁上，而锁紧模块1和锁紧支撑段外壳7-1的前端也将发动机喷管10的喉部锁紧，因此定位模块3对锁紧支撑段外壳7-1和调姿定位段外壳7-2起到了调姿和同轴定位的目的。本实施方式中，所述的丝杠螺母凸轮3-1的外壁上开有滑槽，固定外壳3-5的内壁设置有滑杆，所述的丝杠螺母凸轮3-1通过滑槽滑动连接在固定外壳3-5的内壁上。

在一种可能的实施方案中，如图11所示，所述的丝杠螺母凸轮3-1为异形件，丝杠螺母凸轮3-1与定位触点3-2的接触面包括轴向依次设置的平直段Ⅰ3-1-1、斜坡段3-1-2和平直段Ⅱ3-1-3，所述的平直段Ⅰ3-1-1的外径小于平直段Ⅱ3-1-3的外径，所述的斜坡段3-1-2的斜坡面垂直于定位触点3-2的轴线。

本实施方式中，如图6所示，所述的定位触点3-2底端的初始位置为抵接在丝杠螺母凸轮3-1的平直段Ⅰ3-1-1和斜坡段3-1-2的连接处；如图7所示，当丝杠螺母凸轮3-1沿着滚珠丝杠Ⅱ3-4的轴线方向朝向驱动模块9的方向直线运动时，丝杠螺母凸轮3-1会给定位触点3-2一个挤压力，定位触点3-2的底端抵接在丝杠螺母凸轮3-1的斜坡段3-1-2上；如图8和图9所示，丝杠螺母凸轮3-1沿着滚珠丝杠Ⅱ3-4的轴线方向继续朝向驱动模块9的方向直线运动；定位触点3-2的底端抵接在丝杠螺母凸轮3-1的平直段Ⅱ3-1-3，此时调姿定位段外壳7-2与锁紧支撑段外壳7-1已经达到同轴定位；

本实施方式中，将丝杠螺母凸轮3-1的斜坡段3-1-2的斜坡面设计成垂直于定位触点3-2的轴线的方式，可以将丝杠螺母凸轮3-1对定位触点3-2的挤压力达到最大，达到调姿定位段外壳7-2与锁紧支撑段外壳7-1快速同轴定位的目的。

在一种可能的实施方案中，所述的调姿定位段外壳7-2与定位触点3-2的接触面垂直于定位触点3-2的轴线。

本实施方式中，将调姿定位段外壳7-2与定位触点3-2的接触面设计成垂直于定位触点3-2的轴线的方式，可以将定位触点3-2对调姿定位段外壳7-2内壁的挤压力达到最大，达到调姿定位段外壳7-2与锁紧支撑段外壳7-1快速同轴定位的目的。

在一种可能的实施方案中，所述的调姿模块2包括深沟球轴承2-1、轴承座2-2和多根拉伸弹簧2-3；所述的轴承座2-2通过多根拉伸弹簧2-3固定在调姿定位段外壳7-2内，深沟球轴承2-1安装在轴承座2-2内；所述的多根拉伸弹簧2-3周向均匀设置在调姿定位段外壳7-2内，拉伸弹簧2-3的一端与调姿定位段外壳7-2的内壁固连，拉伸弹簧2-3的另一端连接在轴承座2-2的外壁上；滚珠丝杠Ⅱ3-4的输出端固定在深沟球轴承2-1的内圈中。

本实施方式中，如图5所示，当抓捕工具的中心轴与发动机喷管10喉部的中心轴存在角度偏差时，抓捕工具对目标卫星进行抓捕的过程中，会导致锁紧支撑段外壳7-1在等速万向节8的作用下与调姿定位段外壳7-2之间产生偏摆，在锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1产生偏摆的过程中，驱动模块9和定位模块3也会随之产生偏摆，即驱动模块9和定位模块3的中心轴与调姿定位段外壳7-2的中心轴会不在同一轴线上，产生一定的偏摆角，由于定位模块3的滚珠丝杠Ⅱ3-4的输出端固定在深沟球轴承2-1的内圈中，进而会导致轴承座2-2与调姿定位段外壳7-2不再同轴，连接在轴承座2-2上的部分拉伸弹簧2-3会被拉伸，另一部分拉伸弹簧2-3会被挤压，所述的拉伸弹簧2-3均会存储一定量的弹性势能，处于被挤压的拉伸弹簧2-3对定位模块3起到一个支撑的作用，防止锁紧支撑段外壳7-1带动锁紧模块1偏摆角度过大，定位模块3的尾端触碰到调姿定位段外壳7-2的内壁并产生破坏，为抓捕工具抓捕过程中提供角度上的适应性；而且被挤压的拉伸弹簧2-3和被拉伸的拉伸弹簧2-3还对调姿定位段外壳7-2起到一个拨正的作用，即被挤压的拉伸弹簧2-3和被拉伸的拉伸弹簧2-3的弹性势能对调姿定位段外壳7-2产生与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的偏心力，同时定位模块3对调姿定位段外壳7-2也产生与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的偏心力，在拉伸弹簧2-3的弹性势能与定位模块3的共同作用下，使得调姿定位段外壳7-2朝向与锁紧支撑段外壳7-1偏摆方向相反的方向转动，直至调姿定位段外壳7-2的中心轴与锁紧支撑段外壳7-1的中心轴同轴。

在一种可能的实施方案中，所述的消旋模块4包括动摩擦片4-1、静摩擦片4-2、电磁线圈4-3、制动器外壳4-4、多根导向销4-5、压缩弹簧4-6、制动器内壳4-7和两个滚珠轴承4-8；

所述的制动器外壳4-4为筒状结构，制动器外壳4-4的一端端面开有环形凹槽4-4-1，所述的电磁线圈4-3安装在制动器外壳4-4的环形凹槽4-4-1里，所述的制动器内壳4-7同轴插装在制动器外壳4-4的中心通孔内，且制动器内壳4-7的前端伸出制动器外壳4-4开有环形凹槽4-4-1的一端端口，制动器内壳4-7的尾端通过两个滚珠轴承4-8固定在制动器外壳4-4内；所述的动摩擦片4-1与静摩擦片4-2轴向依次套装在制动器内壳4-7上，且静摩擦片4-2处于制动器外壳4-4上环形凹槽4-4-1的开口侧，所述的静摩擦片4-2通过多根导向销4-5同轴连接在制动器外壳4-4上，压缩弹簧4-6套在导向销4-5上，且压缩弹簧4-6的一端抵接在静摩擦片4-2上，压缩弹簧4-6的另一端抵接在制动器外壳4-4上；所述的动摩擦片4-1与制动器内壳4-7的前端端部固连，所述的动摩擦片4-1固定在调姿定位段外壳7-2的尾端。

本实施方式中，所述的制动器外壳4-4的两端外侧壁上分别设置有一体连接的圆环形盘体4-4-2，靠近环形凹槽4-4-1的圆环形盘体上周向开有多个安装孔Ⅰ4-4-3，远离环形凹槽4-4-1的圆环形盘体上周向开有多个螺纹孔4-4-4，所述的静摩擦片4-2上周向开有多个安装孔Ⅱ，所述的静摩擦片4-2上的安装孔Ⅱ、制动器外壳4-4上的安装孔Ⅰ与制动器外壳4-4上的螺纹孔一一对应设置，所述的导向销4-5的一端开有外螺纹，所述的导向销4-5的螺纹端依次穿过静摩擦片4-2上的安装孔Ⅱ和制动器外壳4-4上的安装孔Ⅰ并螺接在制动器外壳4-4上的螺纹孔内。

本实施方式中，由于目标卫星在抓捕的过程中是高速旋转的，当锁紧支撑段外壳7-1抵接在喷管内壁上时，锁紧支撑段外壳7-1受到发动机喷管10的摩擦力也一同旋转，锁紧支撑段外壳7-1通过等速万向节8将旋转运动传递给调姿定位段外壳7-2，调姿定位段外壳7-2开始旋转；

喷管抓捕工具抓捕发动机喷管10喉部前，消旋模块4上的电磁线圈4-3上电，静摩擦片4-2被吸合在电磁线圈4-3上，动摩擦片4-1与静摩擦片4-2分离，由于动摩擦片4-1与调姿定位段外壳7-2固定在一起，动摩擦片4-1在调姿定位段外壳7-2的带动下可以绕轴线自由旋转，由于制动器内壳4-7与动摩擦片4-1连接，制动器内壳4-7在制动器外壳4-4内旋转，即避免了喷管抓捕工具抓捕发动机喷管10的过程中目标卫星绕主轴的高速旋转对连接在快换接口6上的机械臂和服务卫星造成损害，又能保证调姿定位段外壳7-2与消旋模块4的转动连接；喷管抓捕工具完成对目标卫星的锁紧后，消旋模块4中的电磁线圈4-3下电，动摩擦片4-1与静摩擦片4-2在压缩弹簧4-4的作用下接触，开始对目标卫星进行消旋，通过动摩擦片4-1与静摩擦片4-2之间的摩擦消除来自于目标卫星主轴方向的旋转运动，降低目标卫星绕主轴的转动速度，防止高速转动传递到机械臂和服务卫星本体上，以便保护机械臂和服务卫星平台。

在一种可能的实施方案中，所述的静摩擦片4-2与动摩擦片4-1相接触的表面喷涂有摩擦涂层。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：包括同轴设置的锁紧模块(1)、调姿模块(2)、定位模块(3)、消旋模块(4)、电气模块(5)、快换接口(6)、支撑外壳(7)、等速万向节(8)和驱动模块(9)；

所述的支撑外壳(7)包括锁紧支撑段外壳(7-1)和调姿定位段外壳(7-2)，所述的锁紧支撑段外壳(7-1)的尾端从调姿定位段外壳(7-2)的前端端口插入到调姿定位段外壳(7-2)内，且二者通过等速万向节(8)进行转动连接，所述的锁紧模块(1)安装在锁紧支撑段外壳(7-1)内，且锁紧模块(1)的两端伸出锁紧支撑段外壳(7-1)；所述的驱动模块(9)、定位模块(3)和调姿模块(2)轴向依次设置在调姿定位段外壳(7-2)内，所述的驱动模块(9)的一端与锁紧支撑段外壳(7-1)的尾端固连，且驱动模块(9)的一端驱动端驱动锁紧模块(1)运转；驱动模块(9)的另一端与定位模块(3)的一端连接，且驱动模块(9)的另一端驱动端驱动定位模块(3)运转；所述的定位模块(3)的另一端与调姿模块(2)的一端转动连接，调姿模块(2)的另一端连接在调姿定位段外壳(7-2)的内壁上；

所述的消旋模块(4)的一端与调姿定位段外壳(7-2)的尾端连接，所述的消旋模块(4)的另一端与电气模块(5)的一端固连，所述的电气模块(5)的另一端与快换接口(6)的一端与固连；

所述的锁紧模块(1)包括胀紧头(1-1)、多根胀紧杆(1-2)、拉杆(1-3)、滑套(1-4)、弹簧(1-5)、支撑套(1-6)、传动连杆(1-7)、丝杠螺母(1-8)和滚珠丝杠Ⅰ(1-9)；所述的滚珠丝杠Ⅰ(1-9)的输入端与所述的驱动模块(9)的一端驱动端连接，所述的丝杠螺母(1-8)的一端螺接在滚珠丝杠Ⅰ(1-9)的输出端上并可沿着滚珠丝杠Ⅰ(1-9)的轴线方向轴向移动，所述的丝杠螺母(1-8)的另一端与传动连杆(1-7)的尾端固连，所述的传动连杆(1-7)的前端与拉杆(1-3)的尾端固连，所述的拉杆(1-3)的前端螺接有胀紧头(1-1)；所述的滑套(1-4)套在拉杆(1-3)与传动连杆(1-7)的连接处，并可沿着锁紧支撑段外壳(7-1)的内壁轴向移动，所述的支撑套(1-6)固接在锁紧支撑段外壳(7-1)内并套在传动连杆(1-7)外；所述的弹簧(1-5)套在传动连杆(1-7)外并设置在滑套(1-4)与支撑套(1-6)之间，弹簧(1-5)的一端抵接在支撑套(1-6)上，弹簧(1-5)的另一端抵接在支撑套(1-6)上；所述的多根胀紧杆(1-2)以拉杆(1-3)为中心周向均匀设置，胀紧杆(1-2)的一端抵接在胀紧头(1-1)的下端面上，胀紧杆(1-2)的另一端通过销轴铰接在滑套(1-4)的内壁上，且胀紧杆(1-2)的另一端端部抵接在传动连杆(1-7)的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的传动连杆(1-7)与胀紧杆(1-2)的接触段为圆台状结构，传动连杆(1-7)上圆台段的斜坡面靠近拉杆(1-3)侧内径逐渐减小；所述的胀紧杆(1-2)的另一端端部为弯钩状结构，胀紧杆(1-2)上的弯钩端面抵接在传动连杆(1-7)前端的斜坡面上。

3.根据权利要求1所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的锁紧支撑段外壳(7-1)的前端为变坡度的圆台状结构，锁紧支撑段外壳(7-1)前端的圆台状结构靠近胀紧头(1-1)侧内径逐渐减小，且圆台状结构的坡度逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的驱动模块(9)包括电机安装壳(9-1)和双头驱动电机(9-2)，所述的双头驱动电机(9-2)固装在电机安装壳(9-1)内，电机安装壳(9-1)的一端通过紧固螺钉安装在锁紧支撑段外壳(7-1)的尾端上，双头驱动电机(9-2)输出轴的一端与滚珠丝杠Ⅰ(1-9)的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的定位模块(3)包括丝杠螺母凸轮(3-1)、多个定位触点(3-2)、多个触点安装外壳(3-3)、滚珠丝杠Ⅱ(3-4)、固定外壳(3-5)和压缩弹簧(3-6)；所述的固定外壳(3-5)通过紧固螺钉安装在电机安装壳(9-1)的另一端，所述的多个触点安装外壳(3-3)周向均匀倾斜设置在固定外壳(3-5)上；所述的滚珠丝杠Ⅱ(3-4)设置在固定外壳(3-5)内，且所述的滚珠丝杠Ⅱ(3-4)的输入端与双头驱动电机(9-2)输出轴的另一端连接，滚珠丝杠Ⅱ(3-4)的输出端转动连接在调姿模块(2)上；所述的丝杠螺母凸轮(3-1)螺接在滚珠丝杠Ⅱ(3-4)上并沿着滚珠丝杠Ⅱ(3-4)的轴线方向轴向移动；每个触点安装外壳(3-3)内插装有一个定位触点(3-2)，所述的定位触点(3-2)的两端分别伸出触点安装外壳(3-3)的两端端口，且定位触点(3-2)的底端插在固定外壳(3-5)内，并抵接在丝杠螺母凸轮(3-1)的侧壁上；所述的定位触点(3-2)的外壁上设置有轴肩，每个定位触点(3-2)上套有一个压缩弹簧(3-6)，所述的压缩弹簧(3-6)的一端抵接在固定外壳(3-5)的顶壁上，压缩弹簧(3-6)的另一端抵接在定位触点(3-2)的轴肩上。

6.根据权利要求5所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的丝杠螺母凸轮(3-1)为异形件，丝杠螺母凸轮(3-1)与定位触点(3-2)的接触面包括轴向依次设置的平直段Ⅰ(3-1-1)、斜坡段(3-1-2)和平直段Ⅱ(3-1-3)，所述的平直段Ⅰ(3-1-1)的外径小于平直段Ⅱ(3-1-3)的外径，所述的斜坡段(3-1-2)的斜坡面垂直于定位触点(3-2)的轴线。

7.根据权利要求6所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的调姿定位段外壳(7-2)与定位触点(3-2)的接触面垂直于定位触点(3-2)的轴线。

8.根据权利要求5所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的调姿模块(2)包括深沟球轴承(2-1)、轴承座(2-2)和多根拉伸弹簧(2-3)；所述的轴承座(2-2)通过多根拉伸弹簧(2-3)固定在调姿定位段外壳(7-2)内，深沟球轴承(2-1)安装在轴承座(2-2)内；所述的多根拉伸弹簧(2-3)周向均匀设置在调姿定位段外壳(7-2)内，拉伸弹簧(2-3)的一端与调姿定位段外壳(7-2)的内壁固连，拉伸弹簧(2-3)的另一端连接在轴承座(2-2)的外壁上；滚珠丝杠Ⅱ(3-4)的输出端固定在深沟球轴承(2-1)的内圈中。

9.根据权利要求1所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的消旋模块(4)包括动摩擦片(4-1)、静摩擦片(4-2)、电磁线圈(4-3)、制动器外壳(4-4)、多根导向销(4-5)、压缩弹簧(4-6)、制动器内壳(4-7)和两个滚珠轴承(4-8)；所述的制动器外壳(4-4)为筒状结构，制动器外壳(4-4)的一端端面开有环形凹槽(4-4-1)，所述的电磁线圈(4-3)安装在制动器外壳(4-4)的环形凹槽(4-4-1)里，所述的制动器内壳(4-7)同轴插装在制动器外壳(4-4)的中心通孔内，且制动器内壳(4-7)的前端伸出制动器外壳(4-4)开有环形凹槽(4-4-1)的一端端口，制动器内壳(4-7)的尾端通过两个滚珠轴承固定在制动器外壳(4-4)内；所述的动摩擦片(4-1)与静摩擦片(4-2)轴向依次套装在制动器内壳(4-7)上，且静摩擦片(4-2)处于制动器外壳(4-4)上环形凹槽(4-4-1)的开口侧，所述的静摩擦片(4-2)通过多根导向销(4-5)同轴连接在制动器外壳(4-4)上，压缩弹簧(4-6)套在导向销(4-5)上，且压缩弹簧(4-6)的一端抵接在静摩擦片(4-2)上，压缩弹簧(4-6)的另一端抵接在制动器外壳(4-4)上；所述的动摩擦片(4-1)与制动器内壳(4-7)的前端端部固连；所述的动摩擦片(4-1)固定在调姿定位段外壳(7-2)的尾端。

10.根据权利要求9所述的一种斜撑式浮动自适应喷管抓捕工具，其特征在于：所述的静摩擦片(4-2)与动摩擦片(4-1)相接触的表面喷涂有摩擦涂层。

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