微型航天器的模塊化對接與服務單元的制作方法

微型航天器的模塊化對接與服務單元的制作方法
【專利摘要】本發明微型航天器的模塊化對接與服務單元，包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設置有導向錐孔、對接桿、數據通信觸頭和電源觸頭，所述基座設置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉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、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座相互配合實現緊鎖和解鎖，其特點是具有通用的、可容差糾錯的、可重復使用的結構以及大范圍、長距離、多姿態捕獲和對接能力的空間對接機構。
【專利說明】微型航天器的模塊化對接與服務單元

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種適用于微型航天器的空間對接機構，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單元。

【背景技術】
[0002]航天器對接裝置是用來實現兩個在軌航天器之問對接、連接與分離的裝置。通過此裝置，可以實現兩個航天器機械、電氣、液路的連接，二者對接組成軌道復合體后，可實現人員、物資的轉移。現代航天器的對接機構可分為兩類: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，“銷釗”插入“錐孔”，鎖緊機構自動鎖緊，完成對接。
[0004]雌雄同體型:對接裝置是異體同構的(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-接收錐型機構，采用雌雄同體機構的航天器在對接任務中既可作主動方，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步，“立方星”、“芯片衛星”、“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展，隨之產生的微小型航天器的對接機構設計問題也逐漸凸顯出來。當前，傳統的空間對接任務一般是針對載人航天器，任務使用的對接裝置規模龐大、結構復雜，無法滿微小型航天器的對接需求。因此，設計一種針對微小型航天器的通用對接機構是亟待解決的難題。


【發明內容】

[0006]本發明的目的在于提供一種具有通用的、可容差糾錯的、可重復使用的結構以及大范圍、長距離、多姿態捕獲和對接能力的空間對接機構。
[0007]為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:本發明微型航天器的模塊化對接與服務單元，包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設置有導向錐孔、對接桿、數據通信觸頭和電源觸頭，所述基座設置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉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、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座相互配合實現緊鎖和解鎖。
[0008]更進一步的，所述對接桿在所述分離式捕獲頭上中心對稱分布。
[0009]更進一步的，所述數據通信觸頭和電源觸頭的觸頭是一種金屬彈簧觸頭。
[0010]更進一步的，所述緊鎖卡盤設置有中心對稱排布的扣緊齒。
[0011]更進一步的，所述基座上的定位孔與所述對接桿的位置和數量分布相對應。
[0012]更進一步的，所述多桿伸縮臂由兩根剛性桿和一個關節組成，兩段留有接頭。
[0013]本發明所提供的對接機構能適應微小型航天器面對的空間探索任務十分多樣化，即在滿足傳統對接機構機械承載、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、可重復使用的結構以及大范圍、長距離、多姿態捕獲和對接能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1:本發明總體分離式結構示意圖。
[0015]圖2:本發明分離式捕獲頭結構示意圖。
[0016]圖3:本發明旋轉底盤結構示意圖。
[0017]圖4:兩個本發明結構的分離式捕獲頭相互鎖緊的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結合【專利附圖】

【附圖說明】對本發明做進一步說明。
[0019]結合【專利附圖】

【附圖說明】中所給的附圖，本發明微型航天器的模塊化對接與服務單元，包括分離式捕獲頭(11緊鎖卡盤(2)、多桿伸縮臂(3)、內嚙合齒輪(4)、旋轉底盤(5)和基座
(6),所述分離式捕獲頭⑴上設置有導向錐孔(7)、對接桿(8)、數據通信觸頭(9)和電源觸頭(10),所述基座(6)設置有定位孔(11),所述分離式捕獲頭(1)與所述旋轉底盤(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)、內嚙合齒輪(4)、旋轉底盤(5)和基座(6)相互配合實現緊鎖和解鎖，所述對接桿(8)在所述分離式捕獲頭(1)上中心對稱分布，所述數據通信觸頭(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的位置和數量分布相對應，所述多桿伸縮臂⑶由兩根剛性桿和一個關節組成，兩段留有接頭。
[0020]假設兩空間機器人已經完成精確接近，且對接單元處于允許的工作范圍之內，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、根據其他傳感器獲取的信息，協調控制多桿伸縮臂(3)的關節電機，同時通過旋轉底盤(5)調整分離式捕獲頭(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)互相進入對方捕獲頭的導向錐孔(7)時，“蝸輪一蝸桿”機構驅動的緊鎖卡盤(2)鎖緊對方對接單元伸入的三根對接桿(8),此時對接機構被鎖緊；
4、若任務只要求進行數據或電能的傳輸，則可通過已經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、若兩空間機器人對接后還需要進行運動，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)，同時旋轉底盤(5)進行相位恢復和調整，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、完成預定的操作任務(電氣傳輸、整體運動)后，驅動蝸桿使緊鎖卡盤(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說明了完成預定任務后的解鎖和分離過程。
【權利要求】
1.一種微型航天器的模塊化對接與服務單元，其特征是:包括分離式捕獲頭、緊鎖卡盤、多桿伸縮臂、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座，所述分離式捕獲頭上設置有導向錐孔、對接桿、數據通信觸頭和電源觸頭，所述基座設置有定位孔，所述分離式捕獲頭與所述旋轉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、內嚙合齒輪、旋轉底盤和基座相互配合實現緊鎖和解鎖。
2.根據權利要求1所述的微型航天器的模塊化對接與服務單元，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.根據權利要求2所述的微型航天器的模塊化對接與服務單元，其特征是:所述數據通信觸頭和電源觸頭的觸頭是一種金屬彈簧觸頭。
4.根據權利要求3所述的微型航天器的模塊化對接與服務單元，其特征是:所述緊鎖卡盤設置有中心對稱排布的扣緊齒。
5.根據權利要求4所述的微型航天器的模塊化對接與服務單元，其特征是:所述基座上的定位孔與所述對接桿的位置和數量分布相對應。
6.根據權利要求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單元，其特征是:所述多桿伸縮臂由兩根剛性桿和一個關節組成，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 優先權日:2014年4月11日
【發明者】李曙光, 袁建平, 陳建林, 胡昊天 申請人:西北工業大學