【发明授权】一种空间飞行器用抱爪式捕获锁_哈尔滨工业大学_201811221189.1 

申请/专利权人:哈尔滨工业大学

申请日:2018-10-19

发明/设计人:姜生元;焦宏章;张永超;刘飞;马超

公开(公告)日:2020-06-23

代理机构:哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司

公开(公告)号:CN109305393B

代理人:张金珠

主分类号:B64G1/64(20060101)

地址:150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号

分类号:B64G1/64(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2020.06.23#授权;2019.03.05#实质审查的生效;2019.02.05#公开

摘要:一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,涉及空间飞行器连接分离技术领域。本发明解决了现有的对接机构体积及重量大,无法在小型空间飞行器上使用,并且其对接发时的冲击载荷较大的问题。基体为圆筒形且固接在主动对接飞行器上,电动缸通过端盖固接在基体的一端,连接件与推杆之间通过柔性臂固接,定位筒同轴固接在基体上远离电动缸的一端,定位锥同轴套装在定位筒上,第一弹簧套设在定位锥上,且第一弹簧的两端分别与定位锥上的倒钩状一端及基体接触,抱爪呈张开状态时两个爪体上靠近柔性臂的一端分别与两个压块上的第一斜面接触,所述抱锥包括定位罩、连接杆以及圆台段,当进行对接操作时,抱抓锁紧圆台段。

主权项:1.一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:它包括电动缸1、端盖2、基体3、定位筒4、柔性臂5、第一弹簧6、定位锥7、连接件8、抱爪9、抱锥10、两个弹簧片11及两个压块12,基体3为圆筒形且固接在主动对接飞行器100上,电动缸1通过端盖2固接在基体3的一端,且电动缸1的推杆1-1同轴穿设在基体3内,连接件8与推杆1-1之间通过柔性臂5固接,定位筒4同轴固接在基体3上远离电动缸1的一端,所述定位锥7为圆筒形结构且同轴套装在定位筒4上,定位锥7上远离基体3的一端部侧壁截面呈外翻的倒钩状,第一弹簧6套设在定位锥7上,且第一弹簧6的两端分别与定位锥7上的倒钩状一端及基体3接触,抱爪9包括关于基体3中心轴线对称设置的两个爪体9-1,每个爪体9-1的中部均转动设置在连接件8上,两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端部与连接件8之间各设置有一个弹簧片11,两个压块12关于基体3中心轴线相对固接在基体3内壁,且每个压块12上均加工有第一斜面12-1,抱爪9呈张开状态时两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端分别与两个压块12上的第一斜面12-1接触,所述抱锥10包括喇叭状的定位罩10-1、与定位罩10-1同轴固接的连接杆10-2以及固接在连接杆10-2端部的圆台段10-3,当进行对接操作时,抱抓锁紧圆台段10-3,且定位罩10-1的内壁与定位锥7的倒钩状一端无间隙接触。

全文数据:一种空间飞行器用抱爪式捕获锁技术领域本发明涉及一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,涉及空间飞行器连接分离技术领域。背景技术航天器对接是指两个或两个以上的航天器在太空飞行时进行连接,形成更大的航天器复合体,以达到特定的任务目标。对接过程中,要求精确的控制航天器的运行轨道和对航天器的定向操纵,并涉及到制导、跟踪和修正航线等复杂技术。美国早在上世纪60年代就开始了航天器对接技术的研究。随着我国航天技术的发展,越来越多的地面服务都是依赖航天器来完成的。但是每颗航天器在发射时所携带的燃料有限,因此极大的限制了航天器的在轨寿命。因此研发一种能够满足空间飞行器在轨资源补加的空间飞行器对接机构是十分有必要的。现有对接机构捕获裕小、体积及重量大,因此无法在小型空间飞行器上使用。并且其对接时的冲击载荷较大,若使用此类机构进行空间飞行器在轨对接资源补加是无法进行的。目前我国还没由针对小型空间飞行器的对接机构,专门针对小型空间飞行器在轨资源补加的对接机构几乎为空白。而捕获锁作为对接机构的重要组成部分,一直没有受到足够的重视。发明内容本发明是为了解决现有的对接机构体积及重量大,无法在小型空间飞行器上使用,并且其对接发时的冲击载荷较大的问题,进而提供了一种空间飞行器用抱爪式捕获锁。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,它包括电动缸、端盖、基体、定位筒、柔性臂、第一弹簧、定位锥、连接件、抱爪、抱锥、两个弹簧片及两个压块,基体为圆筒形且固接在主动对接飞行器上,电动缸通过端盖固接在基体的一端,且电动缸的推杆同轴穿设在基体内,连接件与推杆之间通过柔性臂固接,定位筒同轴固接在基体上远离电动缸的一端,所述定位锥为圆筒形结构且同轴套装在定位筒上,定位锥上远离基体的一端部侧壁截面呈外翻的倒钩状,第一弹簧套设在定位锥上,且第一弹簧的两端分别与定位锥上的倒钩状一端及基体接触,抱爪包括关于基体中心轴线对称设置的两个爪体,每个爪体的中部均转动设置在连接件上,两个爪体上靠近柔性臂的一端部与连接件之间各设置有一个弹簧片,两个压块关于基体中心轴线相对固接在基体内壁,且每个压块上均加工有第一斜面,抱爪呈张开状态时两个爪体上靠近柔性臂的一端分别与两个压块上的第一斜面接触,所述抱锥包括喇叭状的定位罩、与定位罩同轴固接的连接杆以及固接在连接杆端部的圆台段,当进行对接操作时,抱抓锁紧圆台段,且定位罩的内壁与定位锥的倒钩状一端无间隙接触。进一步地,所述连接件包括连接轴、固定板及两个转轴,连接轴的一端与柔性臂固接,固定板垂直固接在连接轴的另一端,两个爪体分别通过两个转轴转动连接在固定板上。进一步地,每个爪体上远离柔性臂的一端部均呈钩状结构,且两个爪体相对设置。进一步地,呈钩状结构的爪体一端部上靠近圆台段的一端面为第二斜面,对接操作时,该第二斜面与圆台段的锥面配合。进一步地,基体上远离电动缸的一端加工有外沿,且所述外沿紧靠主动对接飞行器设置。进一步地,所述柔性臂包括软轴、第二弹簧以及两个相对固接在软轴两端的导柱,第二弹簧同轴套装在两个导柱上且第二弹簧的两端分别与两个导柱固接。进一步地,定位筒上安装有关于其中心轴线对称设置的两个一级行程开关和对称设置的两个二级行程开关,第一弹簧非压缩状态下,四个行程开关均位于基体与定位锥之间,一级行程开关与二级行程开关并排设置,且二级行程开关靠近基体设置,一级行程开关远离基体设置。本发明与现有技术相比具有以下效果:采用定位锥、柔性臂、抱爪来进行被动对接飞行器的捕获、对接过程。柔性臂使得捕获及对接时的冲击不能传递至主动对接飞行器上,极大的提高了空间飞行器在轨对接的安全性。定位锥的存在使得对主动对接飞行器及被动对接飞行器的相对位置精度要求下降,降低了交会对接时的技术难度。附图说明图1为本发明的主剖视示意图。具体实施方式具体实施方式一:结合图1说明本实施方式,一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,它包括电动缸1、端盖2、基体3、定位筒4、柔性臂5、第一弹簧6、定位锥7、连接件8、抱爪9、抱锥10、两个弹簧片11及两个压块12,基体3为圆筒形且固接在主动对接飞行器100上,电动缸1通过端盖2固接在基体3的一端,且电动缸1的推杆1-1同轴穿设在基体3内,连接件8与推杆1-1之间通过柔性臂5固接,定位筒4同轴固接在基体3上远离电动缸1的一端,所述定位锥7为圆筒形结构且同轴套装在定位筒4上,定位锥7上远离基体3的一端部侧壁截面呈外翻的倒钩状,第一弹簧6套设在定位锥7上,且第一弹簧6的两端分别与定位锥7上的倒钩状一端及基体3接触,抱爪9包括关于基体3中心轴线对称设置的两个爪体9-1,每个爪体9-1的中部均转动设置在连接件8上,两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端部与连接件8之间各设置有一个弹簧片11,两个压块12关于基体3中心轴线相对固接在基体3内壁,且每个压块12上均加工有第一斜面12-1,抱爪9呈张开状态时两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端分别与两个压块12上的第一斜面12-1接触,所述抱锥10包括喇叭状的定位罩10-1、与定位罩10-1同轴固接的连接杆10-2以及固接在连接杆10-2端部的圆台段10-3,当进行对接操作时,抱抓锁紧圆台段10-3,且定位罩10-1的内壁与定位锥7的倒钩状一端无间隙接触。基体3和端盖2组成机架部分,电动缸1为伺服电动缸1,作为直线驱动部分,所述电动缸1通过螺栓固定在端盖2上。第一弹簧6、定位锥7、连接件8、抱爪9、抱锥10、两个压块12及两个弹簧片11构成对接抱抓部分。在锁紧抱锥10后,电动缸1向后运动,使第一弹簧6得到压缩,为分离做好能量储备。定位锥7安装于定位筒4上,使得定位锥7能在定位筒4上自由滑动。两个弹簧片11均为√形,且对称固接在连接件8上。弹簧片11的一边始终贴合于爪体9-1一端部的内侧面,抱爪9除抓抱抱锥10以及松开抱锥10以外的其它时间均处于常闭状态。压块12安装于基体3的内腔,拥有带有一定角度的第一斜面12-1,当伺服电动缸1将柔性臂5及对接抱抓部分向后拉时,在压块12上第一斜面12-1的作用下,抱爪9能够弯折弹簧片11并将抓口张开,释放抱锥10。在第一弹簧6及定位锥7的作用下将抱锥10及与抱锥10相连的被动对接飞行器101推离主动对接飞行器100。抱爪9能够抱住并锁紧圆台段10-3,定位罩10-1能够与定位锥7配合进行被动对接飞行器101位置及飞行姿态的调整。本发明试用范围很广,由于涉及了相应的机械接口,针对不同体积重量的飞行器,只需要满足接口的兼容性,根据实际需要更改捕获锁的编组数量及安装地点,即可满足试用要求。所述连接件8包括连接轴8-1、固定板8-2及两个转轴8-3,连接轴8-1的一端与柔性臂5固接,固定板8-2垂直固接在连接轴8-1的另一端,两个爪体9-1分别通过两个转轴8-3转动连接在固定板8-2上。弹簧片11及固定板8-2均固接在连接轴8-1上,固定板8-2关于连接轴8-1的中心轴线上下对称开设有两个圆孔,且于安装两个转轴8-3,两个爪体9-1上均对应开设轴孔以与转轴8-3配合,使得爪体9-1能够在一定角度内旋转,即使抱爪9能够闭合及张开一定角度。每个爪体9-1上远离柔性臂5的一端部均呈钩状结构,且两个爪体9-1相对设置。呈钩状结构的爪体9-1一端部上靠近圆台段10-3的一端面为第二斜面9-11,对接操作时,该第二斜面9-11与圆台段10-3的锥面配合。基体3上远离电动缸1的一端加工有外沿3-1,且所述外沿3-1紧靠主动对接飞行器100设置。保证基体3与主动对接飞行器100的连接牢靠。所述柔性臂5包括软轴5-1、第二弹簧5-2以及两个相对固接在软轴5-1两端的导柱5-3,第二弹簧5-2同轴套装在两个导柱5-3上且第二弹簧5-2的两端分别与两个导柱5-3固接。其中一个导柱5-3与电动缸1固联,另一个导柱5-3与连接件8固联,第二弹簧5-2一直保持压缩状态。柔性臂5与电动缸1同轴设置。当电动缸1移动时,能够带动柔性臂5进行相应的运动。定位筒4上安装有关于其中心轴线对称设置的两个一级行程开关13和对称设置的两个二级行程开关14,第一弹簧6非压缩状态下,四个行程开关均位于基体3与定位锥7之间,一级行程开关13与二级行程开关14并排设置,且二级行程开关14靠近基体3设置,一级行程开关13远离基体3设置。两个一级行程开关13和两个二级行程开关14组成电子传感部分。当抱爪9抓住抱锥10后,电动缸1将向后运动,将被动对接飞行器101拉向主动对接飞行器100。当定位锥7触碰到一级行程开关13时,即对接完成,能够进行资源及数据的交换。完成资源及数据交换后,电动缸1继续向后运动,当定位锥7触碰到二级行程开关14时,由于压块12的作用,抱爪9将放开抱锥10,在第一弹簧6的作用下,将被动对接飞行器101推离主动对接飞行器100。电子传感部分是通过一级、二级行程开关与伺服电动缸共同形成闭环控制,由于一级、二级行程开关分别对应着对接完成、分离完成两个关键的时间点,因此两级行程开关发出的信号不仅可以对伺服电动缸进行控制,也可以更好的帮助地面控制人员得出两飞行器的状态。

权利要求:1.一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:它包括电动缸1、端盖2、基体3、定位筒4、柔性臂5、第一弹簧6、定位锥7、连接件8、抱爪9、抱锥10、两个弹簧片11及两个压块12,基体3为圆筒形且固接在主动对接飞行器100上,电动缸1通过端盖2固接在基体3的一端,且电动缸1的推杆1-1同轴穿设在基体3内,连接件8与推杆1-1之间通过柔性臂5固接,定位筒4同轴固接在基体3上远离电动缸1的一端,所述定位锥7为圆筒形结构且同轴套装在定位筒4上,定位锥7上远离基体3的一端部侧壁截面呈外翻的倒钩状,第一弹簧6套设在定位锥7上,且第一弹簧6的两端分别与定位锥7上的倒钩状一端及基体3接触,抱爪9包括关于基体3中心轴线对称设置的两个爪体9-1,每个爪体9-1的中部均转动设置在连接件8上,两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端部与连接件8之间各设置有一个弹簧片11,两个压块12关于基体3中心轴线相对固接在基体3内壁,且每个压块12上均加工有第一斜面12-1,抱爪9呈张开状态时两个爪体9-1上靠近柔性臂5的一端分别与两个压块12上的第一斜面12-1接触,所述抱锥10包括喇叭状的定位罩10-1、与定位罩10-1同轴固接的连接杆10-2以及固接在连接杆10-2端部的圆台段10-3,当进行对接操作时,抱抓锁紧圆台段10-3,且定位罩10-1的内壁与定位锥7的倒钩状一端无间隙接触。2.根据权利要求1所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:所述连接件8包括连接轴8-1、固定板8-2及两个转轴8-3,连接轴8-1的一端与柔性臂5固接,固定板8-2垂直固接在连接轴8-1的另一端,两个爪体9-1分别通过两个转轴8-3转动连接在固定板8-2上。3.根据权利要求1或2所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:每个爪体9-1上远离柔性臂5的一端部均呈钩状结构,且两个爪体9-1相对设置。4.根据权利要求3所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:呈钩状结构的爪体9-1一端部上靠近圆台段10-3的一端面为第二斜面9-11,对接操作时,该第二斜面9-11与圆台段10-3的锥面配合。5.根据权利要求1、2或4所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:基体3上远离电动缸1的一端加工有外沿3-1,且所述外沿3-1紧靠主动对接飞行器100设置。6.根据权利要求5所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:所述柔性臂5包括软轴5-1、第二弹簧5-2以及两个相对固接在软轴5-1两端的导柱5-3,第二弹簧5-2同轴套装在两个导柱5-3上且第二弹簧5-2的两端分别与两个导柱5-3固接。7.根据权利要求1、2、4或6所述的一种空间飞行器用抱爪式捕获锁,其特征在于:定位筒4上安装有关于其中心轴线对称设置的两个一级行程开关13和对称设置的两个二级行程开关14,第一弹簧6非压缩状态下,四个行程开关均位于基体3与定位锥7之间,一级行程开关13与二级行程开关14并排设置,且二级行程开关14靠近基体3设置,一级行程开关13远离基体3设置。

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