CN115447809B - 一种用于多体变构卫星的交会对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多体变构卫星技术领域，具体为一种用于多体变构卫星的交会对接装置，包括母接头机构、公接头机构、直线驱动机构、撑开机构和控制器；母接头机构安装在多体变构卫星上，公接头机构安装在位于母接头机构右侧的另一个多体变构卫星上；母接头机构的右侧开设有插孔；公接头机构包括伞状组件、连接组件、公端盖，直线驱动机构安装在公端盖上，伞状组件、连接组件和撑开机构依次从左至右安装在直线驱动机构的活动端上；控制器安装在公接头机构所在的多体变构卫星上，且控制器分别与直线驱动机构、撑开机构电连接。本发明通过设置直线驱动机构和撑开机构可实现两个多体变构卫星的自定位自限位交会对接，结构稳定可靠。

Description

一种用于多体变构卫星的交会对接装置

技术领域

本发明涉及多体变构卫星技术领域，特别涉及一种用于多体变构卫星的交会对接装置。

背景技术

多体变构卫星在实现构型变换时，对接机构是多体变构卫星实现卫星之间聚合和分离动作的关键部件。

传统的杆锥结构因结构简单、使用可靠等特点获得了广泛应用，但对控制系统的精度要求很高，且在对接过程中对航天器的定位和姿态要求均极其苛刻，难以应用于多体变构卫星。因此，面向多体变构卫星设计一种具有自定位自限位能力的交会对接机构，对多体变构卫星的工程应用具有重要价值和意义。

发明内容

本发明提供了一种用于多体变构卫星的交会对接装置，以解决现有技术中 传统对接机构难以应用于多体变构卫星的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种用于多体变构卫星的交会对接装置，包括母接头机构、公接头机构、直线驱动机构、撑开机构和控制器；

所述母接头机构安装在外部的多体变构卫星上，所述公接头机构安装在外部的位于所述母接头机构右侧的另一个多体变构卫星上；所述母接头机构的右侧开设有插孔；所述公接头机构包括伞状组件、连接组件、公端盖，所述直线驱动机构的固定端安装在所述公端盖上，所述伞状组件、所述连接组件和所述撑开机构依次从左至右安装在所述直线驱动机构的活动端上，所述撑开机构用于对所述伞状组件进行撑开；

所述控制器安装在所述公接头机构所在的多体变构卫星上，且所述控制器分别与所述直线驱动机构、所述撑开机构电连接。

优选的，所述交会对接装置还包括定位机构，所述定位机构包括标志物和摄像模块，所述标志物安装在所述母接头机构的上部，所述摄像模块安装在所述公接头机构的上部，所述摄像模块与所述控制器电连接。

优选的，所述母接头机构还包括对接母头，所述公接头机构还包括对接公头和公法兰，所述对接母头安装在所述母接头机构的右端，所述对接公头通过所述公法兰安装在所述公接头机构的左侧，所述插孔开设在所述对接母头上。

优选的，所述对接母头内表面和所述对接公头的外表面匹配设置且两者均为椭圆锥面，以实现所述对接母头和所述对接公头的自定心的周向锁紧。

优选的，所述交会对接装置还包括微动监测机构，所述微动监测机构包括微动开关、安装架、固定板和微动开关压板；

所述微动开关通过所述固定板和所述安装架安装在所述对接公头的外表面上，所述微动开关压板安装在所述对接母头的外表面上，所述微动开关和所述微动开关压板匹配设置，所述微动开关与所述控制器电连接。

优选的，所述连接组件包括环状支撑件和安装板，所述安装板安装在所述直线驱动机构的活动端的左侧，所述伞状组件通过所述环状支撑件安装在所述安装板的左侧，所述环状支撑件用于对所述撑开机构的活动端进行支撑。

优选的，所述直线驱动机构包括若干个第一电机、若干根导杆、第一丝杆；若干个所述第一电机均安装在所述公端盖上，所述第一丝杆的右侧横向安装在所述第一电机的驱动轴上，其左侧与所述安装板螺纹传动连接；若干根所述导杆的右侧横向安装在所述公端盖上，其左侧与所述安装板滑动连接；所述第一电机与所述控制器电连接。

优选的，所述伞状组件包括第一圆盘、第二圆盘、多根活动连接件；所述第一圆盘和所述第二圆盘轴线共线，所述第二圆盘安装在所述环状支撑件的左端，多根活动连接件与所述第一圆盘的轴线为原点圆形阵列在所述第一圆盘和所述第二圆盘之间，多根活动连接件的左右两端分别与所述第一圆盘、第二圆盘铰链连接；

所述活动连接件包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆铰链连接，所述第一连杆的左端与所述第一圆盘铰链连接，所述第二连杆的右端与所述第二圆盘铰链连接。

优选的，所述撑开机构包括第二电机和第二丝杆，所述第二电机安装在所述安装板上，所述第二丝杆的右侧安装在所述第二电机的驱动轴上，所述第二丝杆的左侧从所述环状支撑件内穿过，并与所述第一圆盘螺纹传动连接，所述第二电机与所述控制器电连接。

优选的，所述交会对接装置还包括防护罩，所述防护罩安装在所述公端盖的右端，且若干个所述第一电机均设置在所述防护罩的内侧。

本发明的有益效果：

1、本发明在进行对接时，首先利用定位机构对母接头机构以及公接头机构的位置进行定位，定位之后，然后在利用直线驱动机构和伞状组件对母接头机构以及公接头机构进行对接，通过设立定位机构，提高了本发明的定位精度，使得两个多体变构卫星之间能更加安全的进行对接，避免了在对接过程中，两个多体变构卫星发生碰撞，造成多体变构卫星受损；

2、在通过本发明对两个多体变构卫星进行对接的过程中，首先启动直线驱动机构，直线驱动机构驱动伞状组件向左直线运动，直至其完全伸入到母接头机构的插孔内，然后通过撑开机构将伞状组件撑开，使得伞状组件的直径大于插孔的直径，最后，通过直线驱动机构驱动伞状组件向右直线运动，直至对接母头和对接公头重合，两个多体变构卫星进行对接完成，通过设立伞状组件可使得对接机构更加稳定可靠；

3、本发明在母接头机构的右侧设置对接母头，在公接头机构的左侧设置对接公头，所述对接母头内表面和所述对接公头的外表面匹配设置，两者均为椭圆锥面，在交会对接的过程中，通过对接母头和对接公头的相互配合，能实现母接头机构和公接头机构的自定心的周向锁紧。

附图说明

图1为本发明交会对接后的结构示意图；

图2为本发明交会对接前的结果示意图；

图3为伞状组件伸入到插孔的状态示意图；

图4为伞状组件向外撑开的状态示意图；

图5为公接头机构、直线驱动机构和撑开机构的连接示意图；

图6为伞状组件向内收拢的状态示意图的放大图；

图7为伞状组件向外撑开的状态示意图的放大图；

图8为微动监测机构的结构示意图的放大图。

附图标记说明：

1、母接头机构；11、对接母头；12、母法兰；13、母端盖；

2、公接头机构；21、伞状组件；211、第一圆盘；212、第二圆盘；213、活动连接件；22、连接组件；221、环状支撑件；2211、轴承套；2212、丝杆套；222、安装板；23、公端盖；24、对接公头；25、公法兰；

3、直线驱动机构；31、第一电机；32、导杆；33、第一丝杆；

4、撑开机构；41、第二电机；42、第二丝杆；

5、定位机构；51、标志物；52、摄像模块；

6、微动监测机构；61、微动开关；62、安装架；63、固定板；64、微动开关压板；7、防护罩。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明的描述中，相关方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，其中，“上”、“下”是指图1的上下方向，以图1为例，垂直纸面向上为上，垂直纸面向下为下，垂直纸面向左为左，垂直纸面向右为右，垂直纸面向内为前，垂直纸面向外为后，左右方向为横向，上下方向为竖向。需要理解的是，这些方位术语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。

另外，在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

参照图1至图5，本申请实施例提供了一种用于多体变构卫星的交会对接装置，包括母接头机构1、公接头机构2、直线驱动机构3、撑开机构4和控制器；

所述母接头机构1安装在外部的多体变构卫星上，所述公接头机构2安装在外部的位于所述母接头机构1右侧的另一个多体变构卫星上；所述母接头机构1的右侧开设有插孔；所述公接头机构2包括伞状组件21、连接组件22、公端盖23、对接公头24和公法兰25，所述直线驱动机构3的固定端安装在所述公端盖23上，所述伞状组件21、所述连接组件22和所述撑开机构4依次从左至右安装在所述直线驱动机构3的活动端上，所述撑开机构4用于对所述伞状组件21进行撑开；所述对接母头11安装在所述母接头机构1的右端，所述对接公头24通过所述公法兰25安装在所述公接头机构2的左侧，所述插孔开设在所述对接母头11上。

所述对接母头11和所述对接公头24的形状均为椭圆锥面。

所述控制器安装在所述公接头机构2所在的多体变构卫星上，且所述控制器分别与所述直线驱动机构3、所述撑开机构4电连接。

在本实施例中，所述母接头机构1包括从左至右依次连接母端盖13、母法兰12和对接母头11，母端盖13、母法兰12和对接母头11三者之间采用可拆卸的方式进行连接，如螺栓连接等，母端盖13、母法兰12的外截面均优选为圆形，且两者轴线共线。

所述交会对接装置还包括定位机构5，所述定位机构5包括标志物51、摄像模块52和标志物支架，所述标志物51通过标志物支架安装在所述母接头机构1的上部，所述摄像模块52安装在所述公接头机构2的上部，所述摄像模块52与所述控制器电连接。

通过设立定位机构5，提高了本发明的定位对接精度，使得两个多体变构卫星之间能更加安全的进行对接，避免了在对接过程中，两个多体变构卫星发生碰撞，造成多体变构卫星受损。

参照图2和图8，所述交会对接装置还包括微动监测机构6，所述微动监测机构6包括微动开关61、安装架62、固定板63和微动开关压板64；

所述安装架62上开设有矩形槽，所述微动开关61安装在所述矩形槽内，且通过固定板63固定在安装架62上，所述安装架62安装在所述对接公头24的外表面上，所述微动开关压板64安装在所述对接母头11的外表面上，所述微动开关61和所述微动开关压板64匹配设置，所述微动开关61与所述控制器电连接。

在本实施例中，当对接公头24与对接母头11完全重合时，所述微动开关61被微动开关压板64触发，即可实现对接状态的测量，提高了本发明的对接精度。

参照图5，所述连接组件22包括环状支撑件221和安装板222，所述安装板222安装在所述直线驱动机构3的活动端的左侧，所述伞状组件21通过所述环状支撑件221安装在所述安装板222的左侧，所述环状支撑件221用于对所述撑开机构4的活动端进行支撑。

所述直线驱动机构3包括若干个第一电机31、若干根导杆32、第一丝杆33；若干个所述第一电机31均安装在所述公端盖23上，所述第一丝杆33的右侧横向安装在所述第一电机31的驱动轴上，其左侧与所述安装板222螺纹传动连接；若干根所述导杆32的右侧横向安装在所述公端盖23上，其左侧与所述安装板222滑动连接；所述第一电机31与所述控制器电连接。

在本实施例中，所述直线驱动机构3用于驱动所述安装板222及安装于安装板222上的零件沿左右方向滑动，通过设置若干根导杆32可使得直线驱动机构3驱动安装板222按照预定方向的滑动更加顺畅；若干个第一电机31、若干根导杆32的数量可以是一个，也可以是多个，在本实施例中，所述第一电机31优选为两个，导杆32的数量优选为两根，两个第一电机31沿前后方向对称设置，两根导杆32沿上下方向对称设置。

在本实施例，当所述直线驱动机构3驱动安装板222及安装于安装板222上的零部件向左滑动时，启动两个第一电机31，两个第一电机31正向转动分别并带动两根第一丝杆33转动，由于第一丝杆33与安装板222采用螺纹传动连接，在两根第一丝杆33转动的过程中，可推动安装板222及其上方的零部件向左滑动；

当需要所述直线驱动机构3驱动安装板222及其上方的零件部向右滑动时，启动两个第一电机31，两个第一电机31分别驱动两根第一丝杆33反向转动即可，以下不再详细说明。

参照图5、图6和图7，所述伞状组件21包括第一圆盘211、第二圆盘212、多根活动连接件213；

所述第一圆盘211和所述第二圆盘212轴线共线，所述第二圆盘212安装在所述环状支撑件221的左端，多根活动连接件213与所述第一圆盘211的轴线为原点圆形阵列在所述第一圆盘211和所述第二圆盘212之间，多根活动连接件213的左右两端分别与所述第一圆盘211、第二圆盘212铰链连接；

所述活动连接件213包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆铰链连接，所述第一连杆的左端与所述第一圆盘211铰链连接，所述第二连杆的右端与所述第二圆盘212铰链连接。

参照图5，所述撑开机构4包括第二电机41和第二丝杆42，所述第二电机41安装在所述安装板222上，所述第二丝杆42的右侧安装在所述第二电机41的驱动轴上，所述第二丝杆42的左侧从所述环状支撑件221内穿过，并与所述第一圆盘211螺纹传动连接，所述第二电机41与所述控制器电连接。

在本实施例中，所述环状支撑件221包括轴承套2211、丝杆套2212、两个轴承和轴承螺母，轴承套2211和丝杆套2212从左至右依次连接，轴承套2211和丝杆套2212采用可拆卸的方式进行连接，可以是螺栓连接或者卡接等等；两个轴承和轴承螺母设置在轴承套2211内，第二丝杆42分别从丝杆套2212和轴承套2211内穿过，两个轴承和轴承螺母均套装在第二丝杆42的外圈上，且轴承螺母设置在两个轴承之间，轴承螺母和所述第二丝杆42螺纹连接，轴承螺母的左右两端分别与两个轴承的内圈连接，两个轴承的外圈与轴承套2211的内表面抵接。

所述撑开机构4的工作过程为：当需要将伞状组件21向外撑开，使伞状组件21的撑开直径增大，即伞状组件21向外撑开时，启动第二电机41，第二电机41转动，并驱动第二丝杆42转动，由于第二丝杆42与第一圆盘211采用螺纹传动连接，通过第二丝杆42的转动，可调节第一圆盘211和第二圆盘212之间的横向间距，由于活动连接件213的两端分别与第一圆盘211和第二圆盘212铰链连接，且所述活动连接件213包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆铰链连接，在第一圆盘211和第二圆盘212间距逐步缩小的过程中，可使得第一连杆和第二连杆向外拱起，从而实现伞状组件21向外撑开；当需要将伞状组件21向内收拢，使伞状组件21的撑开直径减小时，反向操作即可，以下不再详细说明。

所述交会对接装置还包括防护罩7，所述防护罩7安装在所述公端盖23的右端，且若干个所述第一电机31均设置在所述防护罩7的内侧。

本发明的工作过程为：

本发明通过两个步骤完成对接动作；当摄像模块52所在的多体变构卫星进入预对接位置后，定位机构5上的摄像模块52安装在公法兰25上，摄像模块52用于对另一个多体变构卫星上的标志物51进行测量，并返回两个多体变构卫星的相对位姿至控制器，当标志物51进入摄像模块52视野中心后，直线驱动机构3驱动伞状组件向左直线运动，直至其完全伸入到母接头机构的插孔内，然后通过撑开机构将伞状组件21撑开，然后通过撑开机构4将伞状组件21撑开，使得伞状组件21的撑开直径大于插孔的直径，最后，通过直线驱动机构3驱动伞状组件21向右直线运动，对接母头11与对接公头24的间距逐步减小，在定位机构5上的摄像模块52和标志物51的相互配合下，对接母头11和对接公头24相互接合，同时，由于对接母头11的内表面和对接公头24的外表面均为椭圆锥面，其两者匹配设置，在交会对接的过程中，通过两者椭圆锥面，能实现母接头机构1和公接头机构2的自定心的周向锁紧。微动监测机构6上的微动开关61触发，返回对接成功的电信号，完成交会对接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种用于多体变构卫星的交会对接装置，其特征在于：包括母接头机构（1）、公接头机构（2）、直线驱动机构（3）、撑开机构（4）和控制器；

所述母接头机构（1）安装在外部的多体变构卫星上，所述公接头机构（2）安装在外部的位于所述母接头机构（1）右侧的另一个多体变构卫星上；所述母接头机构（1）的右侧开设有插孔；所述公接头机构（2）包括伞状组件（21）、连接组件（22）、公端盖（23），所述直线驱动机构（3）的固定端安装在所述公端盖（23）上，所述伞状组件（21）、所述连接组件（22）和所述撑开机构（4）依次从左至右安装在所述直线驱动机构（3）的活动端上，所述撑开机构（4）用于对所述伞状组件（21）进行撑开；

所述控制器安装在所述公接头机构（2）所在的多体变构卫星上，且所述控制器分别与所述直线驱动机构（3）、所述撑开机构（4）电连接；

所述伞状组件（21）包括第一圆盘（211）、第二圆盘（212）、多根活动连接件（213）；所述第一圆盘（211）和所述第二圆盘（212）轴线共线，多根活动连接件（213）的左右两端分别与所述第一圆盘（211）、第二圆盘（212）铰链连接；所述活动连接件（213）包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和所述第二连杆铰链连接，所述第一连杆的左端与所述第一圆盘（211）铰链连接，所述第二连杆的右端与所述第二圆盘（212）铰链连接；

所述撑开机构（4）包括第二电机（41）和第二丝杆（42），所述第二丝杆（42）的右侧安装在所述第二电机（41）的驱动轴上，所述第二丝杆（42）与所述第一圆盘（211）螺纹传动连接，所述第二电机（41）与所述控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的交会对接装置，其特征在于，还包括定位机构（5），所述定位机构（5）包括标志物（51）和摄像模块（52），所述标志物（51）安装在所述母接头机构（1）的上部，所述摄像模块（52）安装在所述公接头机构（2）的上部，所述摄像模块（52）与所述控制器电连接。

3.根据权利要求1所述的交会对接装置，其特征在于，所述母接头机构（1）还包括对接母头（11），所述公接头机构（2）还包括对接公头（24）和公法兰（25），所述对接母头（11）安装在所述母接头机构（1）的右端，所述对接公头（24）通过所述公法兰（25）安装在所述公接头机构（2）的左侧，所述插孔开设在所述对接母头（11）上。

4.根据权利要求3所述的交会对接装置，其特征在于，所述对接母头（11）内表面和所述对接公头（24）的外表面匹配设置且两者均为椭圆锥面，以实现所述对接母头（11）和所述对接公头（24）的自定心的周向锁紧。

5.根据权利要求3所述的交会对接装置，其特征在于，还包括微动监测机构（6），所述微动监测机构（6）包括微动开关（61）、安装架（62）、固定板（63）和微动开关压板（64）；

所述微动开关（61）通过所述固定板（63）和所述安装架（62）安装在所述对接公头（24）的外表面上，所述微动开关压板（64）安装在所述对接母头（11）的外表面上，所述微动开关（61）和所述微动开关压板（64）匹配设置，所述微动开关（61）与所述控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的交会对接装置，其特征在于，所述连接组件（22）包括环状支撑件（221）和安装板（222），所述安装板（222）安装在所述直线驱动机构（3）的活动端的左侧，所述伞状组件（21）通过所述环状支撑件（221）安装在所述安装板（222）的左侧，所述环状支撑件（221）用于对所述撑开机构（4）的活动端进行支撑。

7.根据权利要求6所述的交会对接装置，其特征在于，所述直线驱动机构（3）包括若干个第一电机（31）、若干根导杆（32）、第一丝杆（33）；

若干个所述第一电机（31）均安装在所述公端盖（23）上，所述第一丝杆（33）的右侧横向安装在所述第一电机（31）的驱动轴上，其左侧与所述安装板（222）螺纹传动连接；若干根所述导杆（32）的右侧横向安装在所述公端盖（23）上，其左侧与所述安装板（222）滑动连接；所述第一电机（31）与所述控制器电连接。

8.根据权利要求7所述的交会对接装置，其特征在于，还包括防护罩（7），所述防护罩（7）安装在所述公端盖（23）的右端，且若干个所述第一电机（31）均设置在所述防护罩（7）的内侧。

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