微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設(shè)置有導(dǎo)向錐孔、對接桿、數(shù)據(jù)通信觸頭和電源觸頭，所述基座設(shè)置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉(zhuǎn)底盤通過所述多桿伸縮臂連接，所述分離式捕獲頭通過所述緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座相互配合實現(xiàn)緊鎖和解鎖，其特點是具有通用的、可容差糾錯的、可重復(fù)使用的結(jié)構(gòu)以及大范圍、長距離、多姿態(tài)捕獲和對接能力的空間對接機(jī)構(gòu)。
【專利說明】微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于微型航天器的空間對接機(jī)構(gòu)，特別是涉及一種基于模塊化理論的小微型航天器對接與服務(wù)單元。

【背景技術(shù)】
[0002]航天器對接裝置是用來實現(xiàn)兩個在軌航天器之問對接、連接與分離的裝置。通過此裝置，可以實現(xiàn)兩個航天器機(jī)械、電氣、液路的連接，二者對接組成軌道復(fù)合體后，可實現(xiàn)人員、物資的轉(zhuǎn)移?，F(xiàn)代航天器的對接機(jī)構(gòu)可分為兩類:對接桿-接收錐型和雌雄同體型。
[0003]對接桿-接收錐型:在空間交會中，一航天器主動靠近另一航天器進(jìn)行對接，前者在對接中是主動的，它的對接裝置采取“銷釘”形式，中央有一對接桿；后者在對接中是被動的，它的對接裝置采取“錐孔”形式。對接時對接桿使兩航天器的對接裝置精確對準(zhǔn)，“銷釗”插入“錐孔”，鎖緊機(jī)構(gòu)自動鎖緊，完成對接。
[0004]雌雄同體型:對接裝置是異體同構(gòu)的(既可以用作螺桿、又可以用作螺母)，沿對接口的周邊分布，所有定向和動力部件都安裝于艙口的四周，從而保證對接裝置的中央成為來往通道空間。相比于對接桿-接收錐型機(jī)構(gòu)，采用雌雄同體機(jī)構(gòu)的航天器在對接任務(wù)中既可作主動方，也能作被動方，這一點對太空救援等高難度的空間操作尤為重要。
[0005]隨著航天科技的長足進(jìn)步，“立方星”、“芯片衛(wèi)星”、“智能灰塵”等微小型航天器逐漸成為研究熱點，未來航天器正在朝著微型化趨勢發(fā)展，隨之產(chǎn)生的微小型航天器的對接機(jī)構(gòu)設(shè)計問題也逐漸凸顯出來。當(dāng)前，傳統(tǒng)的空間對接任務(wù)一般是針對載人航天器，任務(wù)使用的對接裝置規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法滿微小型航天器的對接需求。因此，設(shè)計一種針對微小型航天器的通用對接機(jī)構(gòu)是亟待解決的難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有通用的、可容差糾錯的、可重復(fù)使用的結(jié)構(gòu)以及大范圍、長距離、多姿態(tài)捕獲和對接能力的空間對接機(jī)構(gòu)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設(shè)置有導(dǎo)向錐孔、對接桿、數(shù)據(jù)通信觸頭和電源觸頭，所述基座設(shè)置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉(zhuǎn)底盤通過所述多桿伸縮臂連接，所述分離式捕獲頭通過所述緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座相互配合實現(xiàn)緊鎖和解鎖。
[0008]更進(jìn)一步的，所述對接桿在所述分離式捕獲頭上中心對稱分布。
[0009]更進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)通信觸頭和電源觸頭的觸頭是一種金屬彈簧觸頭。
[0010]更進(jìn)一步的，所述緊鎖卡盤設(shè)置有中心對稱排布的扣緊齒。
[0011]更進(jìn)一步的，所述基座上的定位孔與所述對接桿的位置和數(shù)量分布相對應(yīng)。
[0012]更進(jìn)一步的，所述多桿伸縮臂由兩根剛性桿和一個關(guān)節(jié)組成，兩段留有接頭。
[0013]本發(fā)明所提供的對接機(jī)構(gòu)能適應(yīng)微小型航天器面對的空間探索任務(wù)十分多樣化，即在滿足傳統(tǒng)對接機(jī)構(gòu)機(jī)械承載、電氣傳輸和液路連通的前提下，還具有通用的、可容差糾錯的、可重復(fù)使用的結(jié)構(gòu)以及大范圍、長距離、多姿態(tài)捕獲和對接能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:本發(fā)明總體分離式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2:本發(fā)明分離式捕獲頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3:本發(fā)明旋轉(zhuǎn)底盤結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4:兩個本發(fā)明結(jié)構(gòu)的分離式捕獲頭相互鎖緊的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0019]結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】中所給的附圖，本發(fā)明微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，包括分離式捕獲頭(11緊鎖卡盤(2)、多桿伸縮臂(3)、內(nèi)嚙合齒輪(4)、旋轉(zhuǎn)底盤(5)和基座
(6),所述分離式捕獲頭⑴上設(shè)置有導(dǎo)向錐孔(7)、對接桿(8)、數(shù)據(jù)通信觸頭(9)和電源觸頭(10),所述基座(6)設(shè)置有定位孔(11),所述分離式捕獲頭(1)與所述旋轉(zhuǎn)底盤(5)通過所述多桿伸縮臂(3)連接，所述分離式捕獲頭(1)通過所述緊鎖卡盤(2)、多桿伸縮臂
(3)、內(nèi)嚙合齒輪(4)、旋轉(zhuǎn)底盤(5)和基座(6)相互配合實現(xiàn)緊鎖和解鎖，所述對接桿(8)在所述分離式捕獲頭(1)上中心對稱分布，所述數(shù)據(jù)通信觸頭(9)和電源觸頭(10)的觸頭是一種金屬彈簧觸頭，所述緊鎖卡盤(2)上設(shè)置有中心對稱排布的扣緊齒，所述基座上的定位孔(11)與所述對接桿⑶的位置和數(shù)量分布相對應(yīng)，所述多桿伸縮臂⑶由兩根剛性桿和一個關(guān)節(jié)組成，兩段留有接頭。
[0020]假設(shè)兩空間機(jī)器人已經(jīng)完成精確接近，且對接單元處于允許的工作范圍之內(nèi)，此時對接單元開始工作，主要的步驟包括捕獲、鎖緊、連通、解鎖、分離等等，具體的流程按順序描述如下(以下簡稱本發(fā)明為對接單元):
1、對接單元伸展自身的多桿伸縮臂(3),使分離式捕獲頭(1)與基座(6)分離；
2、根據(jù)其他傳感器獲取的信息，協(xié)調(diào)控制多桿伸縮臂(3)的關(guān)節(jié)電機(jī)，同時通過旋轉(zhuǎn)底盤(5)調(diào)整分離式捕獲頭(1)相位，接近對方對接單元的分離式捕獲頭；
3、待分離式捕獲頭(1)的三根對接桿(8)互相進(jìn)入對方捕獲頭的導(dǎo)向錐孔(7)時，“蝸輪一蝸桿”機(jī)構(gòu)驅(qū)動的緊鎖卡盤(2)鎖緊對方對接單元伸入的三根對接桿(8),此時對接機(jī)構(gòu)被鎖緊；
4、若任務(wù)只要求進(jìn)行數(shù)據(jù)或電能的傳輸，則可通過已經(jīng)對接貼緊的分離式捕獲頭上的一系列連通的觸點(9) (10)完成(跳至步驟7)；
5、若兩空間機(jī)器人對接后還需要進(jìn)行運動，則需要收縮多桿伸縮臂(3)，將分離式捕獲頭(1)拉緊至基座出)，同時旋轉(zhuǎn)底盤(5)進(jìn)行相位恢復(fù)和調(diào)整，使得鎖緊的對接桿(8)可以和基座上的定位孔(11)對齊；
6、多桿伸縮臂⑶進(jìn)一步收縮，使得對方的三根對接桿⑶插入己方基座的三個定位孔(11)中；
7、完成預(yù)定的操作任務(wù)(電氣傳輸、整體運動)后，驅(qū)動蝸桿使緊鎖卡盤(2)解鎖； 8、通過多桿伸縮臂(3)的再次伸展，使得兩個對接單元或空間機(jī)器人分離至安全距離；
9、收縮多桿伸縮臂(3),分離式捕獲頭(1)復(fù)位。
[0021]其中步驟1至6描述了捕獲、鎖緊、連通等操作的具體流程，步驟7，8和9說明了完成預(yù)定任務(wù)后的解鎖和分離過程。
【權(quán)利要求】
1.一種微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設(shè)置有導(dǎo)向錐孔、對接桿、數(shù)據(jù)通信觸頭和電源觸頭，所述基座設(shè)置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉(zhuǎn)底盤通過所述多桿伸縮臂連接，所述分離式捕獲頭通過所述緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內(nèi)嚙合齒輪、旋轉(zhuǎn)底盤和基座相互配合實現(xiàn)緊鎖和解鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:所述對接桿在所述分離式捕獲頭上中心對稱分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:所述數(shù)據(jù)通信觸頭和電源觸頭的觸頭是一種金屬彈簧觸頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:所述緊鎖卡盤設(shè)置有中心對稱排布的扣緊齒。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:所述基座上的定位孔與所述對接桿的位置和數(shù)量分布相對應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的微型航天器的模塊化對接與服務(wù)單元，其特征是:所述多桿伸縮臂由兩根剛性桿和一個關(guān)節(jié)組成，兩段留有接頭。
【文檔編號】B64G1/64GK104290929SQ201410152872
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】李曙光, 袁建平, 陳建林, 胡昊天 申請人:西北工業(yè)大學(xué)