CN114750881A - 一种适应火箭海上回收的锁箭系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种适应火箭海上回收的锁箭系统，其解决了现有火箭回收中的箭体固定方式灵活性和稳定性不能兼顾的技术问题；包括移动平台、周向均布在移动平台上的若干锁紧机械臂；其中，锁紧机械臂包括锁定器、与锁定器底部连接且能够向中心倾斜的支撑机构；移动平台上设有探测器和控制器，探测器用于感知与箭体的相对位置；控制器用于控制移动平台移动到箭体下方，控制支撑机构向箭体倾斜，控制锁定器锁紧箭体。本申请广泛应用于火箭回收技术领域。

Description

一种适应火箭海上回收的锁箭系统
技术领域
本申请涉及一种锁箭系统，更具体地说，是涉及一种适应火箭海上回收的锁箭系统。
背景技术
火箭回收是指火箭完成预定发射任务后，回收具有可重复使用功能的火箭箭体。相对于陆上回收火箭发动机，海上回收相对方便，能够减少推进器飞行距离和燃料。
美国的Space X公司所采用的火箭回收技术方案是：在火箭子级降落过程中，通过主发动机点火实现减速，同时以姿控发动机调整火箭子级的飞行姿态，从而确保火箭以近乎垂直的姿态下落。在下落的火箭子级接近地面时，处于收拢状态的支撑腿打开，从而使火箭平稳的支撑在着陆表面上。
然而，当进行海上回收时，如何使火箭在海况复杂情况下保持直立成为一大难题。现有技术采用绑带、挂钩等方式固定箭体，灵活性相对强一些，但是固定效果差，不具有良好的稳定性，火箭可随平台起伏，易发生意外，导致火箭回收失败。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种灵活性和稳定性能够兼顾的适应火箭海上回收的锁箭系统，包括移动平台、周向均布在移动平台上的若干锁紧机械臂；其中，
锁紧机械臂包括锁定器、与锁定器底部连接且能够向中心倾斜的支撑机构；
移动平台上设有探测器和控制器，探测器用于感知与箭体的相对位置；控制器用于控制移动平台移动到箭体下方，控制支撑机构向箭体倾斜，控制锁定器锁紧箭体。
优选地，锁定器包括相对设置的上抓头、下抓头以及驱动两者开合的驱动机构。
优选地，支撑机构包括高度调节机构、角度调节机构；
高度调节机构顶部与锁定器底部前侧连接，底部与移动平台可转动连接；
角度调节机构倾斜设置，且顶部与锁定器底部后侧可转动连接；
角度调节机构能带动高度调节机构在靠近和远离箭体的方向上摆动。
优选地，
角度调节机构的底部与移动平台可转动连接；
支撑机构还包括收放机构，收放机构倾斜设置在高度调节机构的一侧，且收放机构的顶部与高度调节机构可转动连接，底部与移动平台可转动连接；
收放机构能带动高度调节机构、角度调节机构在侧向的摆动，使锁紧机械臂放平或竖起。
优选地，高度调节机构包括单蜗轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降结构以及连接两者的连接台，连接台上设有容许单涡轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔。
优选地，角度调节机构包括第三蜗轮蜗杆升降机构、连接筒，连接筒上设有容许第三蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔。
优选地，锁定器还包括视觉传感器。
优选地，驱动机构的前端可转动连接有第一连接片、第二连接片，第一连接片的另一端与上抓头可转动连接，第二连接片的另一端与下抓头可转动连接；第一连接片短于第二连接片。
优选地，移动平台表面设有若干用于收纳锁紧机械臂的安置槽。
优选地，移动平台设有履带驱动机构。
本发明的有益效果，设置有移动平台、若干锁紧机械臂，移动平台上设有探测器和控制器，探测器用于感知与箭体的相对位置，控制器用于控制移动平台移动到箭体下方，控制支撑机构向箭体倾斜，控制锁定器锁紧箭体。并且锁紧机械臂包括锁定器、支撑机构；支撑机构又包括高度调节机构、角度调节机构、收放机构，高度调节机构调整锁定器高度，角度调节机构调整锁定器的角度，收放机构能带动锁紧机械臂放平或竖起，从而使得锁箭系统既能灵活调整锁定角度和位置，又能靠锁定器固定住箭体，保证运输过程中的稳定性，使箭体始终保持直立状态不会因海面起伏或大风而倾倒。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为锁箭系统的锁紧机械臂竖起状态结构示意图；
图2为锁箭系统的锁紧机械臂收起状态结构示意图
图3锁紧机械臂的结构示意图；
图4为锁定器的闭合状态结构示意图一；
图5为锁定器的闭合状态结构示意图二；
图6为锁定器的张开状态结构示意图；
图7为火箭箭体锁紧状态示意图；
图8为火箭箭体结构示意图；
图9为图8的A处放大示意图。
图中符号说明：
1.移动平台；2.锁紧机械臂；3.锁定器；4.定位系统；5.探测器；6.控制器；7.箭体；8.固定器；9.上抓头；10.下抓头；11.驱动机构；12.高度调节机构；13.角度调节机构；14.收放机构；15.安置槽；16.履带驱动机构；17.角度调节杆；18.连接台；19.连接底座；20.支撑座；21.第一蜗轮蜗杆驱动机构；22.第一螺杆；23.第二蜗轮蜗杆驱动机构；24.第二螺杆；25.连接筒；26.第三蜗轮蜗杆驱动机构；27.第三螺杆；28.视觉传感器；29.抓手底座；30.第一连接座；31.第二连接座；32.第一连接片；33.第二连接片；34.连接件；35.安装孔。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
现对本申请实施例提供的适应火箭海上回收的锁箭系统进行说明。
请参阅图1、图2和图7，为适应火箭海上回收的锁箭系统的结构示意图，适应火箭海上回收的锁箭系统，包括移动平台1、周向均布在移动平台1上的若干锁紧机械臂2；其中，
锁紧机械臂2包括锁定器3、与锁定器3底部连接且能够向中心倾斜的支撑机构；
移动平台1上设有探测器5和控制器6，探测器5用于感知与箭体7的相对位置，控制器6用于控制移动平台1移动到箭体7下方，控制支撑机构向箭体7倾斜，控制锁定器3锁紧箭体7。
在一实施例中，所述探测器5为视觉传感器，且设有四个，均布在所述移动平台1上。
进一步地，锁定器3用于抓住火箭箭体7上的固定器8(参阅图8和图9)，具体地，请参阅图4，锁定器3包括相对设置的上抓头9、下抓头10以及驱动两者开合的驱动机构11。
在本实施例中，请参阅图3，为锁紧机械臂2的结构示意图。支撑机构包括高度调节机构12、角度调节机构13；其中，高度调节机构12顶部与锁定器3底部前侧连接，底部与移动平台1可转动连接；角度调节机构13能带动高度调节机构12在靠近和远离箭体7的方向上摆动。
更进一步地，角度调节机构13的底部与移动平台1可转动连接；支撑机构还包括收放机构14，收放机构14倾斜设置在高度调节机构12的一侧，且收放机构14的顶部与高度调节机构12可转动连接，底部与移动平台1可转动连接；收放机构14能带动高度调节机构12、角度调节机构13在侧向的摆动，使锁紧机械臂2放平或竖起。
在锁紧机械臂2不工作时，收放机构14通过推动高度调节机构12向一侧倾倒，使整个锁紧机械臂2放倒到移动平台1上，此时的锁紧机械臂2由竖起状态(如图1)转为收起状态(如图2)，方便移动平台1移动和收纳。
优选地，在一实施例中，移动平台1表面设有若干用于收纳锁紧机械臂2的安置槽15，避免移动的过程中发生碰撞，给锁紧机械臂2造成不必要的损伤。
在一实施例中，移动平台1设有履带驱动机构16，从而完成直行和转弯的动作。
更进一步地，角度调节机构13、高度调节机构12和收放机构14均为可伸缩机构，可以是齿轮齿条机构、蜗轮蜗杆、电动推杆等能实现伸缩功能的机构。
具体地，角度调节机构13、高度调节机构12均采用蜗轮蜗杆升降机构，收放机构14采用电动液压杆。为了提高调节的稳定性，其中的高度调节机构12采用的是双蜗轮蜗杆机构。蜗轮蜗杆结构具有自锁功能，加强机构锁紧后的稳定性。
进一步地，高度调节机构12包括单蜗轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降结构以及连接两者的连接台18，连接台18上设有容许单涡轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔；单蜗轮蜗杆升降机构上端与锁定器3底部连接，双蜗轮蜗杆升降机构下端连接有连接底座19，连接底座19与支撑座20可转动连接，支撑座20与移动平台1可转动连接。通过连接底座19、支撑座20和移动平台1的三者相互可转动的关系，使高度调节机构12能够在两个方向上实现摆动。
具体地，单蜗轮蜗杆升降机构包括安装在连接台18上的第一蜗轮蜗杆驱动机构21、由前者驱动的第一螺杆22，即第一螺杆22与第一蜗轮蜗杆驱动机构21中的蜗轮内孔螺纹连接。连接台18上设有容许第一螺杆22上下移动的通孔。
具体地，双蜗轮蜗杆升降机构包括安装在连接台18上的第二蜗轮蜗杆驱动机构23、由前者驱动的两个第二螺杆24，即第二蜗轮蜗杆驱动机构23包含两个蜗轮，两个蜗轮分别驱动两个第二螺杆24。两个第二螺杆24分布在第一螺杆22的两侧，同样，连接台18上设有容许两个第二螺杆24上下移动的通孔。
进一步地，在本实施例中，角度调节机构13包括第三蜗轮蜗杆升降机构、连接筒25，第三蜗轮蜗杆升降机构上端与锁定器3可转动连接，连接筒25上设有容许第三蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔。第三蜗轮蜗杆升降机构包括安装在连接筒25上的第三蜗轮蜗杆驱动机构26、由前者驱动的第三螺杆27，即第三螺杆27与第三蜗轮蜗杆驱动机构26中的蜗轮内孔螺纹连接。在第三蜗轮蜗杆驱动机构26的驱使下，第三螺杆27自连接筒25内伸缩，从而调整锁定器3的角度。
更进一步地，请参阅图4，为锁定器3的闭合状态结构示意图。锁定器3还包括视觉传感器28，用于采集箭体7的位置和角度，控制器6可根据实时情况调整机械臂的位置和角度。
除此之外，锁定器3还包括抓手底座29，抓手底座29的上端面由前向后依次设有下抓头10、第一连接座30和第二连接座31；第一连接座30与上抓头9的后端可转动连接，第二连接座31与驱动机构11的后端可转动连接；驱动机构11的前端与上抓头9中部可转动连接。
请参阅图8和图9，本发明配合箭体7支座上突出的固定器8使用，通过驱动机构11控制调整上抓头9的位置，实现上抓头9与下抓头10的张开与闭合。上抓头9闭合时，固定器8即被锁紧固定在上抓头9、下抓头10之间，有效避免箭体7随平台起伏。
本实施例中，锁紧机械臂设有4个，分别对箭体7上的4个固定器8进行锁紧定位，定位效果更好。
进一步地，请参阅图6，为锁定器3的张开状态结构示意图。为了使驱动机构11能运行更加平稳，驱动机构11的前端可转动连接有第一连接片32、第二连接片33，第一连接片32的另一端与上抓头9可转动连接，第二连接片33的另一端与下抓头10可转动连接；第一连接片32短于第二连接片33。第一连接片32、第二连接片33既能和第二连接座31配合稳定驱动机构11，又能受驱动机构11的驱使在上抓头9、下抓头10闭合时，定住上抓头9。
更进一步地，第一连接片32、第二连接片33的数量均有两个，分设在上抓头9、下抓头10的两侧。
具体地，驱动机构11可以是任何具有可伸缩功能的机构。在本实施例中，驱动机构11采用蜗轮蜗杆机构，具有自锁功能。
为了提高锁定器3的稳定性，上抓头9、下抓头10、第一连接座30、第二连接座31和驱动机构11均设有两个，且均对称分布在抓手底座29的两侧。具体地，抓手底座29上端面中部设置有用于安装视觉传感器28的安装座。
为了确保两个驱动机构11的主体部分动作一致，两个驱动机构11之间通过连接件34连接。
进一步地，请参阅图5，为锁定器3的闭合状态结构示意图。抓手底座29上端面中部靠后的位置开设有安装孔35，安装孔35内设有左右方向设置的角度调节杆17，角度调节杆17与角度调节机构13的第三螺杆27可转动连接，调节锁定器3的角度。
使用时，锁定器3的上抓头9、下抓头10为张开状态，通过视觉传感器28感应与箭体7的相对位置和角度，高度调节机构12、角度调节机构13动作调整锁定器3的高度和角度，当箭体7固定器8进入下抓头10，驱动机构11控制上抓头9向下旋转，至上抓头9与下抓头10闭合，固定器8被锁紧。
请参阅图7，本发明进行海上火箭回收的过程，包括：
(1)火箭箭体7通过定位识别降落在具有锁箭系统的回收专用拖船上；
(2)船上的定位系统4通过粗定位和精定位确定箭体7在船上的位置和状态，并将信息传输给锁箭系统的控制器6；
其中，定位系统4采用激光雷达，激光雷达发射激光束探测目标的位置、速度等特征量。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、姿态、形状参数,从而对火箭箭体7进行探测、跟踪和识别；
(3)此时，锁箭系统的锁紧机械臂2为收起状态(如图2)，锁箭系统的控制器6控制移动平台1移动到箭体7正下方，过程中通过探测器5感知对与箭体7的相对位置，指示移动平台1做相应调整。
(4)控制器6控制锁紧机械臂2由收起状态变为竖起状态(如图1)，并调整锁紧机械臂2到合适的高度和角度后，控制锁定器3抓住箭体7的固定器8；
(5)火箭箭体7将被固定在拖船上，运输过程中，箭体7保持直立状态不会因海面起伏或大风而倾倒，直至成功平稳的被拖船运抵港口。
本发明设置有移动平台1、若干锁紧机械臂2，移动平台1上设有探测器5和控制器6，探测器5用于感知与箭体7的相对位置，控制器6用于控制移动平台1移动到箭体7下方，控制支撑机构向箭体7倾斜，控制锁定器3锁紧箭体7。并且锁紧机械臂2包括锁定器3、支撑机构；支撑机构又包括高度调节机构12、角度调节机构13、收放机构14，高度调节机构12调整锁定器3高度，角度调节机构13调整锁定器3的角度，收放机构14能带动锁紧机械臂2放平或竖起，从而使得锁箭系统既能灵活调整锁定角度和位置，又能靠锁定器3固定住箭体7，保证运输过程中的稳定性，使箭体7始终保持直立状态不会因海面起伏或大风而倾倒。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适应火箭海上回收的锁箭系统，包括移动平台，其特征在于：还包括周向均布在所述移动平台上的若干锁紧机械臂；其中，
所述锁紧机械臂包括锁定器、与所述锁定器底部连接且能够向中心倾斜的支撑机构；
所述移动平台上设有探测器和控制器，所述探测器用于感知与箭体的相对位置；所述控制器用于控制所述移动平台移动到箭体下方，控制所述支撑机构向箭体倾斜，控制所述锁定器锁紧箭体。
2.如权利要求1所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述锁定器包括相对设置的上抓头、下抓头以及驱动两者开合的驱动机构。
3.如权利要求1所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述支撑机构包括高度调节机构、角度调节机构；
所述高度调节机构顶部与所述锁定器底部前侧连接，底部与所述移动平台可转动连接；
所述角度调节机构倾斜设置，且顶部与所述锁定器底部后侧可转动连接；
所述角度调节机构能带动所述高度调节机构在靠近和远离箭体的方向上摆动。
4.如权利要求3所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：
所述角度调节机构的底部与所述移动平台可转动连接；
所述支撑机构还包括收放机构，所述收放机构倾斜设置在所述高度调节机构的一侧，且所述收放机构的顶部与所述高度调节机构可转动连接，底部与所述移动平台可转动连接；
所述收放机构能带动所述高度调节机构、角度调节机构在侧向的摆动，使所述锁紧机械臂放平或竖起。
5.如权利要求3或4所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述高度调节机构包括单蜗轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降结构以及连接两者的连接台，所述连接台上设有容许所述单涡轮蜗杆升降机构、双蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔。
6.如权利要求3或4所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述角度调节机构包括第三蜗轮蜗杆升降机构、连接筒，所述连接筒上设有容许所述第三蜗轮蜗杆升降机构轴向移动的通孔。
7.如权利要求2所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述锁定器还包括视觉传感器。
8.如权利要求2所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述驱动机构的前端可转动连接有第一连接片、第二连接片，第一连接片的另一端与所述上抓头可转动连接，所述第二连接片的另一端与所述下抓头可转动连接；第一连接片短于第二连接片。
9.如权利要求4所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述移动平台表面设有若干用于收纳所述锁紧机械臂的安置槽。
10.如权利要求1所述的适应火箭海上回收的锁箭系统，其特征在于：所述移动平台设有履带驱动机构。
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