CN106945852A - 一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，属于空间应用设备技术领域，它包括主动端和被动端，分别与暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台固定连接；通过主动端上的主定位销和与被动端上的主定位孔的配合，引导机械臂操作暴露载荷对接到待安装位置上；通过主动端上的电机减速器驱动丝杠，进而带动机架A主体、机架A分体、机架B主体和机架B分体沿导轴移动的方式实现对暴露载荷的刚性锁紧；且当对接锁紧装置无法通过电动的方式解锁时，通过操作主动端上的紧急解锁固定组件，手动完成对主动端和被动端的机械解锁；本发明能够辅助机械臂实现暴露载荷和飞行器舱体的引导定位对接、被动捕获、主动收紧、刚性锁紧、手动解锁。

Description

一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置

技术领域

本发明属于空间应用设备技术领域，具体涉及一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置。

背景技术

空间站、载人飞船等空间飞行器在舱体外壁布置了大量暴露载荷实验平台以扩展空间飞行器的暴露实验能力。目前国际空间站已使用多种形式的载荷对接锁紧接口装置支持暴露实验任务。

但是针对舱外暴露载荷和舱外暴露平台，现有技术中的对接锁紧接口装置不能自动捕获舱外暴露载荷、自动化程度不高、对航天员或机械臂的操作能力要求高、机构复杂、可维修性差、可靠性较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，通过该连接装置能够实现暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台的引导定位对接、被动捕获、主动收紧、刚性锁紧、手动解锁及应急解锁，从而为将暴露载荷安装于飞行器舱外设定位置提供技术支撑。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，包括主动端和被动端，分别与暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台固定连接；

所述主动端包括：底板、导轴、丝杠、机架A主体、机架A分体、机架B主体、机架B分体、紧急解锁固定组件、电机减速器、主定位销、球头剪切销、辅助定位销、刚性锁紧机构、单向捕获装置及壳体；

丝杠和两个导轴互相平行的安装在底板上，且丝杠位于两个导轴之间；丝杠的一端加工有用于手动转动的工具接口，另一端同轴固定有电机减速器；丝杠上加工有两段旋向相反的螺纹，分别与机架A主体和机架B主体中间的螺纹孔形成丝杠螺母副；每个导轴上分别安装有能够沿其轴向移动的机架A分体和机架B分体；机架A主体通过两个紧急解锁固定组件分别与两个机架A分体连接，机架B主体通过另两个紧急解锁固定组件分别与两个机架B分体连接，其中，紧急解锁固定组件用于当锁紧后的对接锁紧装置无法通过直接驱动丝杠的方式解锁时，通过工具直接驱动紧急解锁固定组件进行解锁；

两个主定位销、两个球头剪切销和一个辅助定位销分别固定在底板上；四个壳体分别安装在两个机架A分体和两个机架B分体上；壳体上加工有矩形的导向孔，所述导向孔中的一个侧面由斜面部分和平面部分组成；每个机架A分体和每个机架B分体上均安装有单向捕获装置和刚性锁紧机构；刚性锁紧机构用于主动端和被动端对接后的锁紧；

所述被动端包括：框体和多功能销；

所述框体上设有两个主定位孔、一个剪切孔、一个腰形剪切孔及一个辅助定位孔；在主动端与被动端对接时，所述主定位孔与主定位销配合，剪切孔和腰形剪切孔分别与两个球头剪切销配合，辅助定位孔与辅助定位销配合；

四个多功能销分别安装在框体四个角的侧壁上，其中，多功能销包括：平面架板和固定在平面架板上的锁紧块，锁紧块与刚性锁紧机构配合实现主动端和被动端的锁紧；所述平面架板为直角梯形板，所述直角梯形板的下底边位圆柱销状结构，为捕获部分，当主动端与被动端对接时，捕获部分与单向捕获装置先匹配，对所述对接进行定位；直角梯形板的斜边为收紧部分，用于与壳体的导向孔的斜面部分配合，直角梯形板的上底边为高度限位部分，用于与壳体的导向孔的平面部分配合；

其中，所述紧急解锁固定组件包括：锁紧驱动螺杆、螺纹压紧块、旋转压紧块、螺杆固定帽及刚性销；所述锁紧驱动螺杆的一端设有外螺纹，另一端设有工具操作接口；所述螺纹压紧块的中心设有螺纹孔；

紧急解锁固定组件与机架A主体和机架A分体之间的连接关系为：螺纹压紧块固定在机架A主体上，并通过其螺纹孔与锁紧驱动螺杆一端的外螺纹配合；旋转压紧块通过连接架固定在机架A分体上，并通过螺杆固定帽固定在锁紧驱动螺杆的螺纹端，锁紧驱动螺杆的工具操作接口凸出于底板的侧面；螺纹压紧块与旋转压紧块通过刚性销连接；

紧急解锁固定组件采用上述相同的连接方式与机架B主体和机架B分体相连。

进一步的，主动端还包括微动开关，微动开关安装在底板的侧面，且微动开关的触发面与主动端的上表面平齐，用于监测主动端和被动端的对接面接触状态，当主动端和被动端的对接面接触时，触发微动开关，显示主动端和被动端完成对接。

进一步的，两个所述主定位销和两个球头剪切销均分别对称分布在丝杠的两侧。

进一步的，所述主定位销由圆柱段和尖端组成；

所述主定位孔由锥形孔和圆柱孔两部分组成，其中锥形孔用于和主定位销的尖端配合，圆柱孔用于与主定位销的圆柱段配合。

进一步的，所述主动端还包括盲插连接器插头，两个盲插连接器插头固定在底板上，并对称分布在机架A主体的两侧；所述被动端还包括盲插连接器插座，盲插连接器插座安装在框体上，在被动端与主动端对接时，用于与盲插连接器插头连接。

有益效果：(1)本发明能够辅助机械臂实现暴露载荷和飞行器舱体的引导定位对接、被动捕获、主动收紧、刚性锁紧、手动解锁，从而为将暴露载荷安装于飞行器舱外设定位置提供技术支撑。

(2)本发明通过主动端上的主定位销、球头剪切销和辅助定位销与被动端上的主定位孔、剪切孔、腰形剪切孔及辅助定位孔的配合，引导机械臂操作暴露载荷对接到待安装位置上。

(3)本发明在对接过程中由单向捕获装置自动实现对暴露载荷的捕获，保证连接过程的安全性。

(4)本发明通过电机减速器驱动丝杠，进而带动机架A主体、机架A分体、机架B主体和机架B分体沿导轴移动的方式实现对暴露载荷的收紧、对暴露载荷的电连接器插拔、对暴露载荷的刚性锁紧和可靠防松。

(5)当对接锁紧装置无法自主通过电机减速器驱动丝杠的方式解锁时，可由航天员出舱通过操作位于主动端的丝杠一端的工具接口手动完成对主动端和被动端的机械解锁和电连接器拔出的操作。

(6)当接口装置无法自主通过电动的方式解锁，又无法通过手动操作主动端丝杠解锁时，可由航天员出舱通过操作紧急解锁固定组件上的锁紧驱动螺杆，手动完成对主动端和被动端的机械解锁和电连接器拔出的操作。

附图说明

图1为本发明的结构组成图。

图2为本发明的主动端的结构组成图。

图3为本发明的紧急解锁固定组件的结构组成图。

图4为本发明的壳体结构示意图。

图5为本发明的被动端的结构组成图。

图6为本发明的多功能销结构示意图。

图7为本发明的锁紧状态图。

其中，1-微动开关，2-底板，3-主定位销，4-球头剪切销，5-导轴，6-刚性锁紧机构，7-单向捕获装置，9-机架B分体，10-保护罩，11-机架A分体，12-紧急解锁固定组件，13-电控盒，14-丝杠，15-辅助定位销，17-轴承座，18-机架A主体，19-盲插连接器插头，20-机架B主体，21-电机减速器，22-多功能销，23-主定位孔，24-剪切孔，25-腰形剪切孔，26-框体，27-盲插连接器插座，28-插座支架，29-电连接器支架，30-电连接器，31-辅助定位孔，32-壳体，36-刚性销I，37-旋转压紧块I，38-螺杆固定帽I，39-锁紧驱动螺杆I，40-螺纹压紧块I，41-高度限位部分，42-收紧部分，43-捕获部分，45-锁紧块，100-暴露载荷，200-主动端，300-被动端。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，参见附图1，包括主动端200和被动端300，分别与暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台固定连接，通过主动端200和被动端300的对接锁紧，进而实现暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台的对接锁紧；

参见附图2，所述主动端200包括：微动开关1、底板2、导轴5、丝杠14、机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9、紧急解锁固定组件12、电机减速器21、主定位销3、球头剪切销4、辅助定位销15、盲插连接器插头19、刚性锁紧机构6、单向捕获装置7、保护罩10、电控盒13、轴承座17及壳体32；

丝杠14和两个导轴5互相平行的安装在底板2上，且丝杠14位于两个导轴5之间；丝杠14的一端凸出于底板2侧面，并在该端端面加工有用于手动转动的工具接口，另一端同轴固定有电机减速器21；丝杠14上加工有两段旋向相反的螺纹，分别与机架A主体18和机架B主体20中间的螺纹孔形成丝杠螺母副；每个导轴5上分别安装有机架A分体11和机架B分体9，机架A分体11和机架B分体9能够沿导轴5进行轴向移动；机架A主体18通过两个紧急解锁固定组件12分别与两个机架A分体11连接，机架B主体20通过另两个紧急解锁固定组件12分别与两个机架B分体9连接；其中，紧急解锁固定组件12用于当锁紧后的对接锁紧装置无法通过直接驱动丝杠14的方式解锁时，通过工具直接驱动紧急解锁固定组件12进行解锁；

两个主定位销3、两个球头剪切销4和一个辅助定位销15分别固定在底板2上设有的安装接口处，其中，两个主定位销3和两个球头剪切销4均分别对称分布在丝杠14的两侧；主定位销3由圆柱段和尖端组成；

两个盲插连接器插头19固定在底板2上，并对称分布在机架A主体18的两侧，保护罩10罩装在盲插连接器插头19外部；电控盒13固定在底板2上，电控盒13与电机减速器21电气连接，用于控制电机减速器21的转动；

四个壳体32分别安装在两个机架A分体11和两个机架B分体9上；参见附图4，壳体32上加工有矩形的导向孔，所述导向孔中的一个侧面由斜面部分和平面部分组成；

每个机架A分体11和每个机架B分体9上均安装有单向捕获装置7和刚性锁紧机构6；刚性锁紧机构6用于主动端200和被动端300对接后的锁紧；位置状态指示机构安装在底板2上，用于指示机架A分体11的位置状态；

微动开关1安装在底板2的侧面，且微动开关1的触发面与主动端的上表面平齐；微动开关1用于监测主动端200和被动端300的对接面接触状态，当主动端200和被动端300的对接面接触时，触发微动开关1，显示主动端和被动端完成对接；

其中，参见附图3，所述紧急解锁固定组件12包括：锁紧驱动螺杆39、螺纹压紧块40、旋转压紧块37、螺杆固定帽38及刚性销36；所述锁紧驱动螺杆39的一端设有外螺纹，另一端设有工具操作接口；所述螺纹压紧块40侧面设有剪切孔，中心设有螺纹孔；所述旋转压紧块37侧面设有安装孔；

螺纹压紧块40固定在机架A主体18上，并通过其中心的螺纹孔与锁紧驱动螺杆39一端的外螺纹配合；旋转压紧块37通过连接架固定在机架A分体11上，并通过螺杆固定帽38固定在锁紧驱动螺杆39的螺纹端，锁紧驱动螺杆39的工具操作接口凸出于底板2的侧面，方便操作；螺纹压紧块40的剪切孔与旋转压紧块37的安装孔相对，并通过刚性销36将螺纹压紧块40和旋转压紧块37连接，保证在紧急解锁固定组件12不工作时，螺纹压紧块40和旋转压紧块37的相对位置保持不变；当紧急解锁固定组件12工作时，通过锁紧驱动螺杆39的工具操作接口转动锁紧驱动螺杆39，由于螺纹压紧块40保持不动，因此，锁紧驱动螺杆39和旋转压紧块37沿锁紧驱动螺杆39轴向移动，同时刚性销36脱落，进而带动机架A分体11沿导轴5移动；

当螺纹压紧块40固定在机架B分体9上，转压紧块37通过连接架固定在机架B主体20上时，通过转动锁紧驱动螺杆39能够带动机架B分体9沿导轴5移动；

参见附图5，所述被动端300包括：框体26、多功能销22、盲插连接器插座27、插座支架28、电连接器30及电连接器支架29；

所述框体26上设有两个主定位孔23、一个剪切孔24、一个腰形剪切孔25及一个辅助定位孔31；两个所述主定位孔23均由锥形孔和圆柱孔两部分组成，其中锥形孔用于和主动端200的主定位销3的尖端配合，在较大范围内将主定位销3导引到圆柱孔内，随后主动端200的主定位销3的圆柱段和被动端300主定位孔23的圆柱孔配合来校正主定位销3的姿态；剪切孔24和腰形剪切孔25用于与两个球头剪切销4配合，辅助定位孔31由腰形锥形孔和腰形圆柱孔两部分组成，腰形锥形孔由两个相距设定距离的锥形孔通过平直段连接而成，腰形圆柱孔由两个相距设定距离的圆柱孔通过平直段连接而成；辅助定位孔31用于与辅助定位销15配合；

盲插连接器插座27通过插座支架28安装在框体26上，在被动端300与主动端200对接时，用于与盲插连接器插头19连接；电连接器30通过电连接器支架29安装在框体26侧面，电连接器30与盲插连接器插座27电气连接，用于给盲插连接器插座27供电；

四个多功能销22分别安装在框体26四个角的侧壁上，其中，参见附图6，多功能销22包括：平面架板和固定在平面架板上的锁紧块45，锁紧块45与刚性锁紧机构6配合实现主动端200和被动端300的锁紧；所述平面架板为直角梯形板，所述直角梯形板的下底边位圆柱销状结构，为捕获部分43，当主动端200与被动端300对接时，捕获部分43与单向捕获装置7先匹配，对所述对接进行定位；直角梯形板的斜边为收紧部分42，用于与壳体32的导向孔的斜面部分配合，直角梯形板的上底边为高度限位部分41，用于与壳体32的导向孔的平面部分配合。

工作原理：参见附图7，当暴露载荷100固定到主动端200时，被动端300固定在空间飞行器舱体暴露平台上；或者当暴露载荷100固定到被动端300时，主动端200固定在空间飞行器舱体暴露平台上；

为主动端200上电，通过电控盒13控制电机减速器21工作，驱动丝杠14旋转，通过所述丝杠螺母副推动机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9运动到初始位置；

通过机械臂操作暴露载荷100使主动端200上的两个主定位销3和一个辅助定位销15进入被动端300上两个主定位孔23和一个辅助定位孔31中，在进入的过程中被动端200上的四个多功能销22的捕获部分43与主动端300上位于机架B分体9上和机架A分体11上的单向捕获装置7相配合，暴露载荷100被捕获；

通过电控盒13控制主动端300的电机减速器21驱动丝杠14旋转，通过丝杠螺母副推动机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9向导轴5的两端运动，此时位于机架B分体9上和机架A分体11上的四个壳体32的导向孔斜面部分与被动端200上四个多功能销22的收紧部分42配合，将主动端300和被动端200收紧接近贴合，主动端300的两个球头剪切销4分别进入被动端200的剪切孔24和腰形剪切孔25，此时主动端300和被动端200的相对位置被准确的校正；

继续通过电控盒13控制主动端300内电机减速器21驱动丝杠14旋转，通过丝杠螺母副推动机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9继续向导轴5的两端运动，位于机架B分体9上和机架A分体11上的四个壳体32的导向孔平面部分与被动端200上四个多功能销22的高度限位部分41配合，使主动端300和被动端200的相对位置被限制，同时两个盲插连接器插头19进入被动端200上的两个盲插连接器插座27；

继续通过电控盒13控制主动端300内电机减速器21驱动丝杠14旋转，通过丝杠螺母副推动机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9继续向导轴5的两端运动，位于机架B分体9上和机架A分体11上的四个壳体32内的刚性锁紧装置6与被动端200上四个多功能销22的锁紧部分45配合锁紧；

此时，机架A主体18、机架A分体11、机架B主体20、机架B分体9运动到位停止；主动端300与被动端200完成对接锁紧和电连接器连接；

主动端300与被动端200的解锁过程与锁紧过程相反；

当锁紧后的对接锁紧装置无法通过控制电控盒13和电机减速器21直接驱动丝杠14的方式解锁时，可以通过工具直接驱动紧急解锁固定组件12上的锁紧驱动螺杆39转动，进而推动机架B分体9、机架A分体11向导轴5的中间运动，直到运动到解锁位置，完成主动端300和被动端200的解锁。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，其特征在于，包括主动端和被动端，分别与暴露载荷和空间飞行器舱体暴露平台固定连接；

所述主动端包括：底板(2)、导轴(5)、丝杠(14)、机架A主体(18)、机架A分体(11)、机架B主体(20)、机架B分体(9)、紧急解锁固定组件(12)、电机减速器(21)、主定位销(3)、球头剪切销(4)、辅助定位销(15)、刚性锁紧机构(6)、单向捕获装置(7)及壳体(32)；

丝杠(14)和两个导轴(5)互相平行的安装在底板(2)上，且丝杠(14)位于两个导轴(5)之间；丝杠(14)的一端加工有用于手动转动的工具接口，另一端同轴固定有电机减速器(21)；丝杠(14)上加工有两段旋向相反的螺纹，分别与机架A主体(18)和机架B主体(20)中间的螺纹孔形成丝杠螺母副；每个导轴(5)上分别安装有能够沿其轴向移动的机架A分体(11)和机架B分体(9)；机架A主体(18)通过两个紧急解锁固定组件(12)分别与两个机架A分体(11)连接，机架B主体(20)通过另两个紧急解锁固定组件(12)分别与两个机架B分体(9)连接，其中，紧急解锁固定组件(12)用于当锁紧后的对接锁紧装置无法通过直接驱动丝杠(14)的方式解锁时，通过工具直接驱动紧急解锁固定组件(12)进行解锁；

两个主定位销(3)、两个球头剪切销(4)和一个辅助定位销(15)分别固定在底板(2)上；四个壳体(32)分别安装在两个机架A分体(11)和两个机架B分体(9)上；壳体(32)上加工有矩形的导向孔，所述导向孔中的一个侧面由斜面部分和平面部分组成；每个机架A分体(11)和每个机架B分体(9)上均安装有单向捕获装置(7)和刚性锁紧机构(6)；刚性锁紧机构(6)用于主动端和被动端对接后的锁紧；

所述被动端包括：框体(26)和多功能销(22)；

所述框体(26)上设有两个主定位孔(23)、一个剪切孔(24)、一个腰形剪切孔(25)及一个辅助定位孔(31)；在主动端与被动端对接时，所述主定位孔(23)与主定位销(3)配合，剪切孔(24)和腰形剪切孔(25)分别与两个球头剪切销(4)配合，辅助定位孔(31)与辅助定位销(15)配合；

四个多功能销(22)分别安装在框体(26)四个角的侧壁上，其中，多功能销(22)包括：平面架板和固定在平面架板上的锁紧块(45)，锁紧块(45)与刚性锁紧机构(6)配合实现主动端和被动端的锁紧；所述平面架板为直角梯形板，所述直角梯形板的下底边位圆柱销状结构，为捕获部分(43)，当主动端与被动端对接时，捕获部分(43)与单向捕获装置(7)先匹配，对所述对接进行定位；直角梯形板的斜边为收紧部分(42)，用于与壳体(32)的导向孔的斜面部分配合，直角梯形板的上底边为高度限位部分(41)，用于与壳体(32)的导向孔的平面部分配合；

其中，所述紧急解锁固定组件(12)包括：锁紧驱动螺杆(39)、螺纹压紧块(40)、旋转压紧块(37)、螺杆固定帽(38)及刚性销(36)；所述锁紧驱动螺杆(39)的一端设有外螺纹，另一端设有工具操作接口；所述螺纹压紧块(40)的中心设有螺纹孔；

紧急解锁固定组件(12)与机架A主体(18)和机架A分体(11)之间的连接关系为：螺纹压紧块(40)固定在机架A主体(18)上，并通过其螺纹孔与锁紧驱动螺杆(39)一端的外螺纹配合；旋转压紧块(37)通过连接架固定在机架A分体(11)上，并通过螺杆固定帽(38)固定在锁紧驱动螺杆(39)的螺纹端，锁紧驱动螺杆(39)的工具操作接口凸出于底板(2)的侧面；螺纹压紧块(40)与旋转压紧块(37)通过刚性销(36)连接；

紧急解锁固定组件(12)采用上述相同的连接方式与机架B主体(20)和机架B分体(9)相连。

2.如权利要求1所述的一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，其特征在于，主动端还包括微动开关(1)，微动开关(1)安装在底板(2)的侧面，且微动开关(1)的触发面与主动端的上表面平齐，用于监测主动端和被动端的对接面接触状态，当主动端和被动端的对接面接触时，触发微动开关(1)，显示主动端和被动端完成对接。

3.如权利要求1所述的一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，其特征在于，两个所述主定位销(3)和两个球头剪切销(4)均分别对称分布在丝杠(14)的两侧。

4.如权利要求1所述的一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，其特征在于，所述主定位销(3)由圆柱段和尖端组成；

所述主定位孔(23)由锥形孔和圆柱孔两部分组成，其中锥形孔用于和主定位销(3)的尖端配合，圆柱孔用于与主定位销(3)的圆柱段配合。

5.如权利要求1所述的一种空间用载荷对接锁紧及应急解锁接口装置，其特征在于，所述主动端还包括盲插连接器插头(19)，两个盲插连接器插头(19)固定在底板(2)上，并对称分布在机架A主体(18)的两侧；所述被动端还包括盲插连接器插座(27)，盲插连接器插座(27)安装在框体(26)上，在被动端与主动端对接时，用于与盲插连接器插头(19)连接。