CN110466809A - 针对非合作目标的可重复捕获机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对非合作目标的可重复捕获机构，包括捕获爪组件、驱动组件、传动轴模块、旋变组件、火工品组件，以及防护罩和底板，本发明中的捕获机构由模块化组件构成，具有可靠性高、可以重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势，具有可靠性高、可重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势。

Description

针对非合作目标的可重复捕获机构

技术领域

本发明涉及一种针对非合作目标的可重复捕获机构。

背景技术

目前，美国、欧洲、俄罗斯以及日本的航天部门已经提出了很多种类的空间捕获机构，适用于不同的领域，包括空间碎片清理、在轨维修以及非合作目标的抓捕等。目前的空间捕获机构种类主要为网式机构和爪式机构，存在不可重复使用、需要特定接口、捕获冲击力影响大、机构组件复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对非合作目标的可重复捕获机构。

为解决上述问题，本发明提供一种针对非合作目标的可重复捕获机构，包括：

捕获爪组件、驱动组件、传动轴模块、旋变组件、火工品组件，以及防护罩和底板，其中，

捕获爪组件包括捕获爪和与所述捕获爪连接的扭簧缓冲装置，捕获爪包含龙骨和蒙皮，扭簧缓冲装置包括支架、转轴、扭簧和传动销杆，当捕获爪收拢运动时，如果发生捕获爪与目标星的碰撞，冲击载荷带动所述扭簧扭转，从而起到缓冲效果；

传动轴模块包括双万向节和传动轴，驱动组件在传动链中间位置接入传动链，降低传动的不同步性，通过双向万向节和传动轴向两端的捕获爪组件传递运动和力，从而实现对目标的可重复捕获和释放；

驱动组件包括步进电机和行星减速器，通过双向万向节和传动轴将驱动电机的动力和运动传递给捕获抓；

传动链的两个末端安装有彼此备份的旋变组件，用于随时测量转动角度，实时监测捕获爪的旋转位置，传动链靠近捕获包络工作区域的地方，都安装有防护罩，用于防止捕获过程中发生的碰撞对传动链造成损坏；

火工品组件用于在发射段通过钛杆将捕获爪连接在星体上，在轨之后切断钛杆释放捕获爪，然后利用电机驱动捕获爪进行抓捕任务，火工品组件包括火工切割器支架和设置于所述火工切割器支架上的火工切割器。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，五个捕获爪组件和三个传动轴模块、一个驱动组件交错分布，彼此通过双万向节进行连接，组成一个同步运动的串联系统。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，所述步进电机、行星减速器、防护罩、扭簧缓冲装置和火工品组件通过螺钉安装紧固在底板上。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，在发射阶段，捕获爪组件通过火工品组件压紧固定在底板上；

在工作阶段，火工品组件中的火工切割器将连接钛杆切断，释放捕获爪组件。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，所述步进电机输出轴转动，将运动和动力传递给行星减速器，经过减速，动力增大，传递给传动轴，然后通过双万向节将运动和动力交替传递给扭簧缓冲装置，最后传递给捕获爪，完成抓捕任务，其中，扭簧缓冲装置具有缓冲作用。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，所述扭簧缓冲装置通过支架固定在底板上，捕获爪通过连接法兰安装在转轴上，扭簧通过预紧力将连接法兰压紧在扭簧和传动销杆之间，传动销杆在销槽内进行小于预设幅度的转动。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，所述步进电机将运动和动力通过行星减速器、双万向节和传动轴传递到转轴，然后带动扭簧旋转，压紧连接法兰随着传动销杆运动，连接法兰带动捕获爪转动，进行抓捕任务。

进一步的，在上述针对非合作目标的可重复捕获机构中，当捕获目标和捕获爪的冲击力小于扭簧的预紧力时，连接法兰保持被扭簧和传动销杆压紧的状态；

当捕获目标和捕获爪的冲击力大于扭簧的预紧力时，捕获爪反向运动，带动连接法兰反向运动，传动销杆在销槽中相对运动，起到缓冲作用，直到传动销杆和销槽反向接触，缓冲结束，捕获爪被限位。

与现有技术相比，本发明包括捕获爪组件、驱动组件、传动轴模块、旋变组件、火工品组件，以及防护罩和底板，本发明中的捕获机构由模块化组件构成，具有可靠性高、可以重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势，具有可靠性高、可重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势。

附图说明

图1是本发明一实施例的可重复捕获机构外形图；

图2是本发明一实施例的扭簧缓冲装置图；

图3是本发明一实施例的可重复捕获机构捕获过程中压紧时的示意图；

图4是本发明一实施例的可重复捕获机构捕获过程中释放时的示意图；

图5是本发明一实施例的可重复捕获机构捕获过程中扣拢时的示意图；

其中，1——捕获爪；2——扭簧缓冲装置；3——旋变组件3；4——底板；5——火工品组件；6——步进电机；7——行星减速器；8——双万向节；9——防护罩；10——传动轴；11——连接法兰；12——扭簧；13——支架；14——转轴；15——销槽；16——传动销杆。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～5所示，本发明提供一种针对非合作目标的可重复捕获机构，包括：捕获爪组件1、驱动组件、传动轴模块、旋变组件3、火工品组件，以及防护罩9和底板4，其中，

五个捕获爪组件(实施例采用五个捕获爪组件的布局，但不限于五个，捕获爪组件呈周向布置，能够完成对目标的捕获任务即可)和三个传动轴模块、一个驱动组件交错分布，彼此通过双万向节进行连接，组成一个同步运动的串联系统；

捕获爪组件包括捕获爪和与所述捕获爪连接的扭簧缓冲装置2，捕获爪包括龙骨和蒙皮，扭簧缓冲装置包括支架13、转轴14、轴套、轴套定位销、限位销、扭簧12，捕获爪上增加了扭簧卡槽和限位销槽，当捕获爪收拢运动时，如果发生捕获爪与目标星的碰撞，冲击载荷带动所述扭簧扭转，从而起到缓冲效果；

传动轴模块包括双万向节和传动轴10，驱动组件在传动链中间位置接入传动链，通过双向万向节和传动轴向两端的捕获爪组件传递运动和力，从而实现对目标的可重复捕获和释放；

驱动组件包括步进电机6和行星减速器7，通过双向万向节8和传动轴10将驱动电机的动力和运动传递给捕获抓；

传动链的两个末端安装有彼此备份的旋变组件3，用于随时测量转动角度，实时监测捕获爪的旋转位置，传动链靠近捕获包络工作区域的地方，都安装有防护罩，用于防止捕获过程中发生的碰撞对传动链造成损坏，旋变组件3包括旋转变压器、旋变壳体、旋变支架；

火工品组件5用于在发射段通过钛杆将捕获爪连接在星体上，在轨之后切断钛杆释放捕获爪，然后利用电机驱动捕获爪进行抓捕任务，火工品组件包括火工切割器支架和设置于所述火工切割器支架上的火工切割器。

在此，本发明中的捕获机构由模块化组件构成，具有可靠性高、可以重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势，具有可靠性高、可重复使用、无需特定接口、具备缓冲装置等优势。

附图1～5中：

根据本发明，可重复捕获机构通过底板4安装在飞行器上。步进电机6、行星减速器7、防护罩9、扭簧缓冲装置2和火工品组件5通过螺钉安装紧固在底板4上。在发射阶段，捕获爪组件1通过火工品组件5压紧固定在底板4上。在工作阶段，火工品组件5中的火工切割器将连接钛杆切断，释放捕获爪组件5。

运动和动力的传递过程为，步进电机6输出轴转动，将运动和动力传递给行星减速器7，经过减速，动力增大，传递给传动轴10，然后通过双万向节8将运动和动力交替传递给扭簧缓冲装置2，最后传递给捕获爪，完成抓捕任务。其中，扭簧缓冲装置2具有缓冲作用，在捕获过程中可以有效地减小捕获爪和捕获目标冲击对飞行器造成的干扰。

下面将结合附图1～5对本发明的可重复捕获机构进行更详细的描述。在这些附图中给出了一个实施例，但是应当指出，本发明并不局限于这种类型的实施例，而是还包括由所附的权利要求书中规定的原理所包括的其它技术。

图1是可重复捕获机构展开阶段的外形图，图中展示了本发明的可重复捕获机构安装组合状态的一个实施例。图中示出的机构由展开状态到捕获完成闭合状态的转动角度为35°左右，这个角度的大小可以根据捕获目标的大小进行调节。

图2是扭簧缓冲装置简图，扭簧缓冲装置通过支架13固定在底板4上，捕获爪通过连接法兰11安装在转轴14上，扭簧12通过预紧力将连接法兰11压紧在扭簧12和传动销杆16之间，传动销杆16可以在销槽15内小幅转动(实施例中为5°)。捕获过程运动和动力的传递路径为，步进电机6将运动和动力通过行星减速器7、双万向节8和传动轴10传递到转轴14，然后带动扭簧12旋转，压紧连接法兰11随着传动销杆16运动，连接法兰11带动捕获爪转动，进行抓捕任务。当捕获目标和捕获爪的冲击力小于扭簧12的预紧力时，连接法兰11保持被扭簧12和传动销杆16压紧的状态；当捕获目标和捕获爪的冲击力大于扭簧12的预紧力时，捕获爪反向运动，带动连接法兰11反向运动，传动销杆16在销槽15中相对运动，起到缓冲作用，直到传动销杆16和销槽15反向接触，缓冲结束，捕获爪被限位。

图3～5是可重复捕获机构捕获过程(初始压紧——释放——扣拢)图。在发射阶段，捕获爪通过火工品组件5压紧固定在底板4上，如图3所示。飞行器入轨之后，火工品组件5中的切割器将钛杆切断，释放捕获爪，电机通过传动链将动力和运动传递给捕获爪，驱使捕获爪转动至捕获初始状态，如图4所示。当捕获爪靠近非合作目标时，捕获爪开始进行捕获，捕获结束后的状态如图5所示。捕获结束后，捕获机构可以根据任务需要，再次展开至捕获初始状态(图4)，从而实现可重复捕获任务需求。捕获爪为大面积曲面结构，具有无需特定接口的优势，可以捕获任意形状的非合作目标。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，包括：捕获爪组件、驱动组件、传动轴模块、旋变组件、火工品组件，以及防护罩和底板，其中，

捕获爪组件包括捕获爪和与所述捕获爪连接的扭簧缓冲装置，捕获爪包含龙骨和蒙皮，扭簧缓冲装置包括支架、转轴、扭簧和传动销杆，当捕获爪收拢运动时，如果发生捕获爪与目标星的碰撞，冲击载荷带动所述扭簧扭转，从而起到缓冲效果；

传动轴模块包括双万向节和传动轴，驱动组件在传动链中间位置接入传动链，降低传动的不同步性，通过双向万向节和传动轴向两端的捕获爪组件传递运动和力，从而实现对目标的可重复捕获和释放；

驱动组件包括步进电机和行星减速器，通过双向万向节和传动轴将驱动电机的动力和运动传递给捕获抓；

传动链的两个末端安装有彼此备份的旋变组件，用于随时测量转动角度，实时监测捕获爪的旋转位置，传动链靠近捕获包络工作区域的地方，都安装有防护罩，用于防止捕获过程中发生的碰撞对传动链造成损坏；

火工品组件用于在发射段通过钛杆将捕获爪连接在星体上，在轨之后切断钛杆释放捕获爪，然后利用电机驱动捕获爪进行抓捕任务，火工品组件包括火工切割器支架和设置于所述火工切割器支架上的火工切割器。

2.如权利要求1所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，五个捕获爪组件和三个传动轴模块、一个驱动组件交错分布，彼此通过双万向节进行连接，组成一个同步运动的串联系统。

3.如权利要求1所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，所述步进电机、行星减速器、防护罩、扭簧缓冲装置和火工品组件通过螺钉安装紧固在底板上。

4.如权利要求3所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，在发射阶段，捕获爪组件通过火工品组件压紧固定在底板上；

在工作阶段，火工品组件中的火工切割器将连接钛杆切断，释放捕获爪组件。

5.如权利要求4所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，所述步进电机输出轴转动，将运动和动力传递给行星减速器，经过减速，动力增大，传递给传动轴，然后通过双万向节将运动和动力交替传递给扭簧缓冲装置，最后传递给捕获爪，完成抓捕任务，其中，扭簧缓冲装置具有缓冲作用。

6.如权利要求5所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，所述扭簧缓冲装置通过支架固定在底板上，捕获爪通过连接法兰安装在转轴上，扭簧通过预紧力将连接法兰压紧在扭簧和传动销杆之间，传动销杆在销槽内进行小于预设幅度的转动。

7.如权利要求6所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，所述步进电机将运动和动力通过行星减速器、双万向节和传动轴传递到转轴，然后带动扭簧旋转，压紧连接法兰随着传动销杆运动，连接法兰带动捕获爪转动，进行抓捕任务。

8.如权利要求7所述的针对非合作目标的可重复捕获机构，其特征在于，当捕获目标和捕获爪的冲击力小于扭簧的预紧力时，连接法兰保持被扭簧和传动销杆压紧的状态；

当捕获目标和捕获爪的冲击力大于扭簧的预紧力时，捕获爪反向运动，带动连接法兰反向运动，传动销杆在销槽中相对运动，起到缓冲作用，直到传动销杆和销槽反向接触，缓冲结束，捕获爪被限位。