CN109229432B - 一种多功能一体化接口组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能一体化接口组件，包括接口主动端、接口被动端，接口主动端包括电机、驱动环组件、捕获组件、推进组件、浮动调节机构、底板、导向柱和导热盘，底板作为整体机构的支撑，以中心圆孔中心线为回转轴线和基准，从里到外依次套装捕获组件、驱动环组件、推进组件、导向柱，电机与驱动环组件啮合安装在底板上，导热盘置于其上，浮动调节机构置于导热盘上；接口被动端包括对接盘、锁定钩和固定座，对接盘和锁定钩均固连在固定座上，三者同轴，对接盘上对称布局安装被连接器。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能一体化接口组件，特别涉及可以同时完成多个功能接口的连接和分离，属于可重复连接分离技术领域。
背景技术
为满足快速响应、在轨服务等航天器结构需求，自20世纪70年代航天器模块化设计概念提出至今，受到了越来越多的重视。航天器模块化设计通过把航天器各子系统分解成若干个独立的功能模块，每个模块物理独立、功能独立，采用标准的机械、电、热及数据接口对各模块进行连接，实现航天器的整体功能，从而满足各种多任务航天器设计要求。因此航天器模块的多功能对接接口设计是航天器模块化设计的基础和关键。
目前航天器的对接机构和连接分离装置主要是以机械连接为主，但是对于未来模块化航天器的连接不再是简单的机械连接，同时要考虑多功能模块的电信热要求，以及在轨机器人服务的机构接口、机械/机构接口以及机械/机构、热、电、信息等接口耦合性能及一体化设计的重要问题，这样就提出了在轨组装可重复连接分离装置对于机电热信液的多功能接口需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，本发明提供了一种多功能一体化接口组件，以解决空间在轨模块化航天器的无人组装和维护。
本发明所采用的技术方案是：
一种多功能一体化接口组件，包括接口主动端、接口被动端，
接口主动端包括电机、驱动环组件、捕获组件、推进组件、浮动调节机构、底板、导向柱和导热盘，底板作为整体机构的支撑，以中心圆孔中心线为回转轴线和基准，从里到外依次套装捕获组件、驱动环组件、推进组件、导向柱，电机与驱动环组件啮合安装在底板上，导热盘置于其上，浮动调节机构置于导热盘上；
接口被动端包括对接盘、锁定钩和固定座，对接盘和锁定钩均固连在固定座上，三者同轴，对接盘上对称布局安装被连接器。
捕获组件包括捕获钩、固定导向凸轮，捕获钩上安装有小销轴，小销轴一端插入捕获钩内圈的固定导向凸轮的曲线槽，另一端插入捕获钩外圈的驱动环组件的连接凸轮上的曲线槽。
驱动环组件包括大销轴和连接凸轮，连接凸轮上的涡轮齿轮环与电机啮合，大销轴的外端部插入安装在驱动环组件外圈的推进组件中的推进凸轮的曲线槽中。
推进组件包括推进盘和推进凸轮，推进凸轮与推进盘固定连接，导向柱贯穿推进盘，将底板和导热盘连接在一起，将两级传动机构封装在底板和导热盘之间。
连接过程中，当接口主动端与接口被动端靠近贴合后，电机开始驱动，通过固定导向凸轮和连接凸轮联合传动，使捕获钩按照复合轨迹捕获到接口被动端的锁定钩，完成机械连接。
电机继续工作，连接凸轮和推进凸轮联合传动，使推进盘沿轴线向被动端做直线运动，完成连接器的对接。
分离过程中,电机开始驱动，释放预紧力，通过连接凸轮和推进凸轮联合传动，使推进盘沿轴线远离被动端做直线运动，连接器的分离。
电机继续工作，通过固定导向凸轮和连接凸轮联合传动，使捕获钩按照复合轨迹与接口被动端的锁定钩脱离，解除机械连接，完成接口的分离。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明采用了一个驱动源连续传输力矩，通过三个空间凸轮作为传动机构实现两种不同运动轨迹的连接锁紧动作，可使不同插接行程的机电气液热信多个功能接口的连接同时完成，并且分离过程与连接过程可逆；
(2)本发明连接过程中不借助外力，可通过接口完成机械连接后，提供其他功能接口的连接和分离的支撑，不会扰动接口之外的操作部件，对其他部件不会产生冲击和反作用力的影响；
(3)本发明通过浮动调节机构使对接精度达到0.01mm的各种接插件可以适应在轨盲插操作，大大减小了对接机构设计的难度，提高了在轨对接的可靠性，并且保证了多功能接口重复对接的精度；
(4)本发明通过空间凸轮曲线设计传输路径，使接口对接后能够提供200N预紧力，为接口主被动端对接后可以通过导热盘进行导热，达到接口两端热均布的目的。
附图说明
图1为本发明接口主动端剖视图；
图2为本发明接口主动端俯视图；
图3为本发明接口被动端剖视图；
图4为本发明接口被动端俯视图；
图5为本发明立体分解示意图；
图6为本发明接口主动端两级传动机构局部剖视图；
图7为本发明连接分离原理图；
图8为本发明浮动调节机构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。
如图1、图2所示，接口主动端1包括：电机101、驱动环组件102、捕获组件103、推进组件104、浮动调节机构105、底板106、导向柱107和导热盘108。底板106作为整体机构的支撑，以中心圆孔中心线为回转轴线和基准，从里到外以此套装捕获组件103、驱动环组件102、推进组件104、三个导向柱107，然后将电机101与驱动环组件啮合后安装在底板106上，最后盖上导热盘108。导热盘上装有多个浮动调节机构105，数量根据功能连接器的数量而定。
如图3、图4所示，接口被动端2包括：对接盘201、锁定钩202和固定座203。对接盘201和锁定钩202均固连在固定座203上，三个零件同轴。对接盘201上对称布局安装有多个被连接器。
如图5、图6所示，接口主动端1中的捕获组件103包括捕获钩1031、固定导向凸轮1032、小销轴1033；驱动环组件包括大销轴1021、连接凸轮1022；推进组件104包括推进盘1041、推进凸轮1042；浮动调节机构105包括导向套1051、盖板1052。
其中捕获钩1031上安装有三个小销轴1033，小销轴1033一端插入捕获钩1031内圈的固定导向凸轮1032曲线槽，另一端插入捕获钩1031外圈的连接凸轮1022曲线槽。
驱动环组件102中的连接凸轮1022上有设计有涡轮齿轮环与电机101啮合，固连有两个大销轴1021，大销轴1021的外端部插入安装在驱动环组件102外圈的推进组件104中的推进凸轮1042曲线槽中，
推进凸轮1042与推进盘1041固连，三个导向柱107贯穿推进盘1041，将底板106和导热盘108连接在一起，将两级传动机构封装在底板106和导热盘108之间。
如图7所示，接口主动端和接口被动端动作规划包括连接过程和分离过程。
连接过程中：当接口主动端1与接口被动端2靠近贴合后，电机101开始驱动，先通过固定导向凸轮1032和连接凸轮1022联合传动，使捕获钩1031按照复合轨迹捕获到接口被动端的锁定钩202，首先完成机械连接；然后电机101继续工作，连接凸轮1022和推进凸轮1042联合传动，使推进盘1041沿轴线向被动端做直线运动，完成电、信、液等多功能连接器的对接，最后电机101旋转至堵转完成接口对接后的预紧，连接动作完成。
分离过程中：电机101开始驱动，先释放预紧力，然后通过连接凸轮1022和推进凸轮1042联合传动，使推进盘1041沿轴线远离被动端做直线运动，完成电、信、液等多功能连接器的分离；最后电机101继续工作，通过固定导向凸轮1032和连接凸轮1022联合传动，使捕获钩1031按照复合轨迹与接口被动端的锁定钩202脱离，从而解除机械连接，完成接口的分离动作。
连接与分离过程原理相同可逆，本发明以连接过程为例进行展开说明。
本发明在对接前要将接口主动端和接口被动端的对接面抵近并贴合，使接口主动端1的三个导向柱107露出在导热盘108表面的5mm圆锥端头部分插入接口被动端2的对接盘201上三个锥孔里面，限制了接口两端的相对周向位置，实现接口主被动端的初步定位，其误差在圆周0.1mm以内。当接口主被动端贴合后，电机101接收指令开始工作。电机101与连接凸轮1022啮合传递扭矩使连接凸轮1022绕自身回转轴转动。电机101带动驱动环组件102转动时，可连带着捕获钩1031沿着固定导向凸轮1031和连接凸轮1022的两个曲线槽进行复合运动，完成捕获钩1031沿回转轴线伸出、绕回转轴线旋转和沿回转轴线回钩的动作，与接口被动端2的锁定钩202连接并锁紧。
驱动环组件不仅包括连接凸轮1022，还设计有大销轴1021。大销轴1021与连接凸轮1022固连，其突出段插入推进组件104中推进凸轮1042的曲线槽中，当连接凸轮1022绕回转轴转动时，大销轴1021可以沿着推进凸轮1042的曲线运动，使推进凸轮1042沿着回转轴线进行轴线直线运动，实现与推进凸轮1042连接在一起的推进盘1041一起做轴向直线运动。
如图8所示，当接口主动端1推进盘1041带动功能连接器与接口被动端2的对接盘201对接过程中，依靠浮动调节机构105进行自适应调节。浮动调节机构105中的导向套1051与功能连接器固连成一体，放置在推进盘1041的凹槽里，最后用盖板1052套装在导向套1051的外边缘，将导向套1051上连接的功能连接器夹在盖板1052和推进盘1041之间的空间内，在对接功能连接器的对接过程中，导向套1051的锥端先插入对接盘201内，然后导向套1051带着功能连接器一起在凹槽里做绕自身的轴线做径向移动，使导向套1051的中心轴线与对接盘201的中心轴线同轴，达到盲插过程中自找正的目的，最后通过导向套1051的外壁与对接盘201的内壁配合精度来实现功能连接器的精确插接任务。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (8)
1.一种多功能一体化接口组件，其特征在于，包括接口主动端(1)、接口被动端(2)，
接口主动端(1)包括电机(101)、驱动环组件(102)、捕获组件(103)、推进组件(104)、浮动调节机构(105)、底板(106)、导向柱(107)和导热盘(108)，底板(106)作为整体机构的支撑，以中心圆孔中心线为回转轴线和基准，从里到外依次套装捕获组件(103)、驱动环组件(102)、推进组件(104)、导向柱(107)，电机(101)与驱动环组件(102)啮合安装在底板(106)上，导热盘(108)置于其上，浮动调节机构(105)置于导热盘(108)上；
接口被动端(2)包括对接盘(201)、锁定钩(202)和固定座(203)，对接盘(201)和锁定钩(202)均固连在固定座(203)上，三者同轴，对接盘(201)上对称布局安装被连接器。
2.根据权利要求1所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：捕获组件(103)包括捕获钩(1031)和固定导向凸轮(1032)，捕获钩(1031)上安装有小销轴(1033)，小销轴(1033)一端插入捕获钩(1031)内圈的固定导向凸轮(1032)的曲线槽，另一端插入捕获钩(1031)外圈的驱动环组件(102)的连接凸轮(1022)上的曲线槽。
3.根据权利要求2所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：驱动环组件(102)包括大销轴(1021)和连接凸轮(1022)，连接凸轮(1022)上的涡轮齿轮环与电机(101)啮合，大销轴(1021)的外端部插入安装在驱动环组件(102)外圈的推进组件(104)中的推进凸轮(1042)的曲线槽中。
4.根据权利要求3所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：推进组件(104)包括推进盘(1041)和推进凸轮(1042)，推进凸轮(1042)与推进盘(1041)固定连接，导向柱(107)贯穿推进盘(1041)，将底板(106)和导热盘(108)连接在一起，将两级传动机构封装在底板(106)和导热盘(108)之间。
5.根据权利要求4所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：连接过程中，当接口主动端(1)与接口被动端(2)靠近贴合后，电机(101)开始驱动，通过固定导向凸轮(1032)和连接凸轮(1022)联合传动，使捕获钩(1031)按照复合轨迹捕获到接口被动端的锁定钩(202)，完成机械连接。
6.根据权利要求5所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：电机(101)继续工作，连接凸轮(1022)和推进凸轮(1042)联合传动，使推进盘(1041)沿轴线向被动端做直线运动，完成连接器的对接。
7.根据权利要求4所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：分离过程中,电机(101)开始驱动，释放预紧力，通过连接凸轮(1022)和推进凸轮(1042)联合传动，使推进盘(1041)沿轴线远离被动端做直线运动，连接器的分离。
8.根据权利要求7所述的一种多功能一体化接口组件，其特征在于：电机(101)继续工作，通过固定导向凸轮(1032)和连接凸轮(1022)联合传动，使捕获钩(1031)按照复合轨迹与接口被动端的锁定钩(202)脱离，解除机械连接，完成接口的分离。
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