CN200948885Y - 可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构 - Google Patents

Abstract

可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，属于机械设备自动化领域。其机械部件包括转动手柄开关机构，舱门开关机构和支撑架三部分，所述转动手柄开关机构，它位于整体装置中部，包含一个位于上部的驱动伺服电机，其下方是拨杆和拨杆传动部件，该部件中含有扭矩传感器；所述舱门开关机构包括驱动部件及铰接的上、下连杆，下连杆经槽销副连接到舱门把手底座；上述两个机构通过三个辐射状对称等分的横梁及三个竖直立柱连接到舱门门框上。本结构采用整体化的设计方法，使得其安装拆卸、运输非常简单，整体性的维护更加安全方便。

Description

可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构

技术领域

本实用新型属于机械设备自动化领域，特别涉及到在真空热环境下可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构。

背景技术

宇航员在完成出舱进行太空行走的过程中，太空舱舱门的安全可靠性是至关重要的。舱门打开后暴露在太空的空间环境中。空间环境对舱门机构的影响是不可忽略的，其中真空热环境对机构动作影响尤为严重。

舱门的活动部件对间隙和公差很敏感。机构在地面时的运动间隙和受力负载与在太空空间真空热环境中是不同的，真空热环境对舱门的综合影响是无法依靠分别单独考核真空环境和高低温环境下的舱门开关试验所能模拟出来的。

按照机构产品的研制惯例，新研制的首件产品应在较真实的环境下进行机构运动试验。狭小密闭的真空高低温环境的危险性以及试验周期长和反复开关舱门次数多等因素的限制，使得试验操作无法由宇航员完成。因此，必须通过在真空热环境下(是同时由真空环境和高低温环境共同组成的)，依靠舱门开关操作及测试装置，来验证该舱门能否使宇航员安全可靠地完成出舱活动任务。

太空舱舱门整体基本上由舱门门框、舱门、舱门门轴、转动手柄和舱门把手五部分组成。整个开关舱门动作如下所述：①逆时针旋转转动手柄一定角度到解锁状态，在此过程中测量开启力；②将舱门打开一定角度，并长时间保持此状态；③将舱门关闭；④顺时针旋转转动手柄回复到初始锁紧位置，并测量关闭力。

由舱门需要完成的动作可知，开关太空舱舱门过程中每开启一次舱门，都要实现平行舱门平面的运动和垂直于舱门平面的运动，而且两个运动要按开关舱门顺序独立完成，基于太空舱舱门的动作过程，舱门开闭机构的设计还要遵循如下要求：即在真空、高低温交替快速变化的环境下保证不会发生卡死等机械障碍，也不会有污染以及损坏舱门的问题发生。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，针对在真空热环境对舱门的综合影响，无法靠分别单独考核真空环境和高低温环境下舱门开关试验去模拟这种综合影响因素，为了克服这一困难，必须直接在实际真空热环境下对舱门进行考核，本实用新型的目的是提供一种可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，其机械部件包括转动手柄开关机构，舱门开关机构和支撑架三部分，其特征在于：所述转动手柄开关机构，它位于整体装置中部，包含一个位于上部的驱动伺服电机，其下方是拨杆和拨杆传动部件，该部件中含有扭矩传感器；所述舱门开关机构包括驱动部件及铰接的上、下连杆，下连杆经槽销副连接到舱门把手底座；上述两个机构通过三个辐射状对称等分的横梁及三个竖直立柱连接到舱门门框上。

转动手柄开关机构设计上采用拨杆的方案。

转动手柄开关机构的设计上模仿了宇航员开关舱门的动作。一般情况下，宇航员开关舱门采用双手紧握转动手柄是顺时针和逆时针方向转动。转动手柄开杆机构同样采用这种方法，使用了简单的拨杆由电动机驱动即可完成，保证了开关转动手柄力作用点和施力方式与宇航员相同。由于采用拨杆与转动手柄非机械连接式的接触，在机构旋转中心与转动手柄中心不同心以及机构旋转平面和转动手柄平面不平行的的情况下不会影响机构对转动手柄的驱动。另外，在舱门打开的过程中，可以改变拨杆的位置使得舱门抬起后不与转动手柄开关机构产生干涉。

将扭矩传感器作为转动手柄开关机构传动部分中的一个环节，保证了转动手柄扭矩的精确测量。从而可以通过力臂和测量得到的扭矩计算出开关力的数值。

舱门开关机构设计采用平面四杆机构作为基础结构，设计了槽销副这种特殊的变自由度运动副使机构具有构态变换的功能而形成变自由度机构，可以精确实现舱门运动轨迹(由直线和圆弧组成)。其中，舱门开关机构中的上连杆连接驱动电机，下连杆通过槽销副连接到舱门把手底座。

整体性设计。两个机构通过横梁和立柱连接在舱门门框上。本发明与舱门门框的机械接口简单，安装方便。整体性设计在保证了部件刚度和强度的同时，使得操作装置的安装和拆卸简便。本发明的整体性设计结构紧凑，各部件的活动空间均不会与狭小真空环境内的其他部件干涉。本发明还可通过更换接口方便地实现从舱门内外两个方向实现舱门的开启和关闭。

本结构中的各机械部件均采用合理的结构设计，在充分保证部件刚度和强度的基础上，设计了合理的截面形状达到减轻重量的目的。

合理的零部件配合和活动关节的特殊处理。本舱门结构必须可以在高低温环境中频繁的温度变化过程中保证运行的安全可靠性，这使得零部件的配合间隙的选择非常重要。另外考虑到真空环境的特殊性，本机构中所有有相对运动的零件接触表面都进行了固体润滑膜处理，保证了其真空环境下的工作可靠性。

可靠的控制方案。控制系统采用了全闭环的控制方式，可以安全可靠地控制机构的运动。所述驱动伺服电机包含有进行电机转动角度的精确测量的位置传感器；并增加了能在真空环境下进行温度监控的温度传感器。

所述的太空舱舱门结构中的精确测量装置，依靠置于伺服驱动电机中的位置传感器、温度传感器以及置于传动部件中的扭矩传感器为主要构成。采用扭矩传感器进行扭矩测量的同时，在其数值超过设定极限值后自动停止电机的运行。

本实用新型的有益效果是：

1、开关舱门操作及测试装置可以在真空热环境下完全按照宇航员开关舱门的动作顺序进行自动操作，并可进行开关转动手柄力大小的精确测量。

2、设计舱门开关变自由度机构实现了舱门复杂的运动轨迹。

3、便于安装拆卸、运输和维护。

由于本发明整体机构部件采用整体化的设计方法，使得其安装拆卸、运输非常简单，整体性的维护更加安全方便。

4、本实用新型的机构设计，以最简练可靠的机构部件和最少的驱动部件实现了真空热环境下的开关舱门动作，其工作可靠性和安全性得到了保证。

附图说明

图1为太空舱舱门部分的结构示意图。

图2为舱门自动开闭机构机械部件安装完毕后的示意图。

图3为舱门解锁时的示意图。

图4为舱门打开后的示意图。

具体实施方式

参照图1，表示太空舱舱门部分的结构示意图，图中舱门门框为1，框的内侧为舱门2，舱门与门框连接部分为舱门门轴，通过门轴在门的直径的另一端设有舱门把手5，门的上部设有转动手柄4。

参照图2表示舱门自动开闭机构机械部件安装完毕后的示意图，图中，立在门框上的竖直部分为立柱15，共有三个，它通过三个辐射状的横梁6与中心轴相连，中轴上部为驱动伺服电机7，转动手柄开关中拨杆传动部件8的内部装有扭矩传感器，中轴下部两侧为两个拨杆9，设在图1中舱门把手5的位置处以10标志此位置，其上方为舱门把手底座11，它与下连杆12以槽销副方式连接，并继而与上连杆13铰接，然后再与其上方的驱动部件14进行铰接，形成一个完整的运动系统。

参照图3、图4表示舱门解锁时的示意图以及舱门被打开后的示意图。

Claims (4)

1.一种可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，其机械部件包括转动手柄开关机构，舱门开关机构和支撑架三部分，其特征在于：所述转动手柄开关机构，它位于整体装置中部，包含一个位于上部的驱动伺服电机，其下方是拨杆和拨杆传动部件，该部件中含有扭矩传感器；所述舱门开关机构包括驱动部件及铰接的上、下连杆，下连杆经槽销副连接到舱门把手底座；上述两个机构通过三个辐射状对称等分的横梁及三个竖直立柱连接到舱门门框上。

2.根据权利要求1所述的可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，其特征在于：本机构中所有有相对运动的零件接触表面都加有固体润滑膜。

3.根据权利要求1所述的可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，其特征在于：所述驱动伺服电机包含有进行电机转动角度的精确测量的位置传感器；并增加了能在真空环境下进行温度监控的温度传感器。

4.根据权利要求1所述的可进行精确测量的太空舱舱门自动开闭机构，其特征在于：所述精确测量装置，依靠置于伺服驱动电机中的位置传感器、温度传感器以及置于拨杆传动部件中的扭矩传感器为主要构成。

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