CN111547280B - 一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，该装置包含：连接组件，用于与主动平台对接；用于缓和装置对目标的法向撞击的缓冲机构，与所述连接组件连接；承力结构，与所述缓冲机构连接；前端电机驱动机构，与所述缓冲机构连接，并与所述末端传动机构接触；用于黏附目标的末端传动机构，其与承力结构连接，并与所述前端电机驱动机构接触；传感与电控部分，设置在所述缓冲机构上，用于控制整个黏附装置。其优点是：该装置将各部件相结合，实现了空间黏附装置在主动平台上的压紧、分离与缓冲的集成，可实现在碰撞预压时的切向加载，并可通过与两个双滑块机构组成的差动机构实现对空间四杆机构的展平及向心加载。

Description

一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置

技术领域

本发明涉及空间操控研究领域，具体涉及一种用于空间精确操控的低功耗高集成高可靠空间黏附爪装置。

背景技术

近年来，随着航天器使用数量的增加，开展航天器在轨维护、在轨操控、失效卫星回收、中大型空间碎片受控陨落等任务已经或将要成为研究热点。传统的空间目标捕获方式主要有机械臂抓取、网捕等。使用以上手段，有其局限性，尤其要求目标体积不过大，然而失效卫星、中大型空间碎片等航天器或其残骸体积往往较大，故传统执行器对此目标不适合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，该装置将连接组件、缓冲机构、承力结构、前端电机驱动机构、末端传动机构和传感与电控部分相结合，实现了空间黏附装置在主动平台上的压紧、分离与缓冲的结构集成，可实现在碰撞预压时的切向加载进行空间精确操控，并可通过与两个双滑块机构、加卸载环差动运动的空间四杆机构提高黏附面结构展平力；且本发明中采用了基于干黏附材料的空间四杆机构，可很好克服传统执行器连接适应性差、精确操控能力不足等缺点。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，该装置包含：

连接组件，用于与主动平台对接；

用于缓和装置对目标的法向撞击的缓冲机构，与所述连接组件连接；

承力结构，与所述缓冲机构连接；

前端电机驱动机构，与所述缓冲机构连接，并与末端传动机构连接；

装有黏附材料的末端传动机构，与所述承力结构通过圆柱副连接，并与所述前端电机驱动机构接触；

传感与电控部分，设置在所述缓冲机构上，并控制整个黏附装置；

其中，所述承力结构包含：

装置中心轴，所述装置中心轴顶部与所述缓冲机构连接，其底部设置一中心连接块；

若干根支撑杆，所述支撑杆的顶部与所述缓冲机构连接；

若干个导向轴，所述导向轴一端与所述中心连接块连接，另一端与所述支撑杆的底部连接；

若干个连接杆，所述连接杆的两端分别与各个所述支撑杆连接，若干个连接杆构成一个环形结构。

优选地，所述连接组件包含：

若干根锥头导向轴，与所述缓冲机构滑动连接，所述锥头导向轴上设置一固定件；

若干个分离弹簧，分别与所述固定件连接，所述分离弹簧套设在所述锥头导向轴靠近主动平台的一端上；

轴向对接支承块，设置在所述缓冲机构上。

优选地，所述缓冲机构包含：

连接板，其开设有若干个第一通孔，所述锥头导向轴穿过所述第一通孔与主动平台对接，所述锥头导向轴通过所述固定件固定在所述连接板上，所述固定件设置在所述连接板上靠近主动平台的一侧；

顶板，其开设有若干个与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第二通孔上安装有缓冲机构导向套，所述锥头导向轴穿过所述第一通孔插入缓冲机构导向套中，并可在所述缓冲机构导向套中滑动；

若干个缓冲弹簧，分别套设在各个所述锥头导向轴介于所述顶板和所述连接板之间的部分；

若干根限位螺钉，所述连接板和所述顶板对应开设有若干个第三通孔和第四通孔，所述限位螺钉穿过所述第三通孔和第四通孔，所述连接板和所述顶板通过所述限位螺钉限制最大相对距离；

减振器，其设置在所述顶板上，所述减振器的缓冲轴与所述连接板连接。

优选地，所述顶板和所述连接板为圆形，所述支撑杆为斜向的杆二和杆三，所述杆二向左倾斜，所述杆三向右倾斜，两者交错设置；

所述连接杆为弧状连接杆，所述弧状连接杆一端与所述杆二连接，另一端与所述杆三连接，若干个弧状连接杆构成一个圆环。

优选地，所述电机驱动机构包含：

伺服电机，用于提供驱动力，所述伺服电机固定在电机座上；

轴承，所述电机座上开设一圆孔，所述轴承固定在所述圆孔内；

滑动丝杠，其与所述轴承的内圈连接，所述滑动丝杠与一螺母座上设置的丝杠螺母螺纹连接，所述滑动丝杠的一端与所述伺服电机的输出轴连接，另一端穿过所述螺母座上开设的第五通孔；

四杆千斤顶机构，其分别与所述电机座和所述螺母座铰接，所述四杆千斤顶机构上端为固定座，其通过一第一连接件与所述顶板固连，下端为四杆千斤顶机构输出端，与末端传动机构的轴向滑块通过圆柱副连接；

所述伺服电机驱动所述滑动丝杠转动，进而带动与所述滑动丝杠配套的螺母沿滑动丝杠轴向移动，进而带动所述电机座和所述螺母座相对靠近或远离，进而使所述四杆千斤顶机构输出端和所述四杆千斤顶机构的固定座相对远离或靠近。

优选地，所述末端传动机构包含：

轴向滑块，所述轴向滑块套设在所述装置中心轴上，并位于所述中心连接块的上方，所述轴向滑块上依次套设有上拉环、四杆千斤顶机构输出端和轴向固定螺母，所述轴向固定螺母与所述轴向滑块固定连接，所述轴向滑块、上拉环、四杆千斤顶机构输出端和轴向固定螺母组成一个轴向滑块组，所述轴向滑块组可沿所述装置中心轴上下移动；

若干个用于黏附目标的末端黏附单元传动机构，其与所述轴向滑块组连接，所述末端黏附单元传动机构包含用于黏附目标的空间四杆机构，所述空间四杆机构通过差动机构与所述轴向滑块组连接。

优选地，所述轴向滑块和所述上拉环之间设置有若干个轴向滑块调距螺钉，所述轴向滑块调距螺钉或者穿过轴向滑块下部板面的直孔拧入所述上拉环上对应位置的螺纹孔，进而顶到所述四杆千斤顶机构输出端的端面上，或者拧入所述轴向滑块下部板面的螺纹孔中，进而顶到所述上拉环的下端面上，最终使轴向滑块组成为一个构件，此构件中上拉环位置可调。

优选地，空间四杆机构包含：

第一扇形杆和第二扇形杆，两者通过所述导向轴铰接；

第一黏附面结构和第二黏附面结构，两者分别与所述第一扇形杆和第二扇形杆的底部连接；

第一长凸台，其一端与所述第一扇形杆连接，另一端通过一球铰与第二连接件连接；

第二长凸台，其一端与所述第二扇形杆连接，另一端通过一球铰与第三连接件连接；

所述第二连接件和所述第三连接件通过铰制孔用螺栓连接。

优选地，所述差动机构包含：

第一双滑块机构，其包含一减震杆，所述减震杆的一端与上拉环铰连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓和空间四杆机构的第二连接件、第三连接件铰连接；

第二双滑块机构，包含下拉杆，一加卸载环作为第二双滑块机构的一个滑块，

所述加卸载环上部开设一支承滑槽，所述第一双滑块机构的减震杆穿过所述支承滑槽并可在所述支承滑槽内移动，所述加卸载环下部开设一通孔，所述导向轴穿过所述通孔，所述导向轴与所述加卸载环的下部通孔形成滑块连接；

所述下拉杆一端与所述轴向滑块铰连接，另一端与加卸载环在后者中部位置铰连接，

空间四杆机构与加卸载环在导向轴轴向固定在一起，可以相互绕导向轴轴线转动。

优选地，所述第一双滑块机构的减震杆包含：

上半杆，其一端与所述上拉环铰接，另一端与中连杯固接；

下半杆，其一端与所述中连杯通过圆柱副连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓和第二连接件、第三连接件形成铰连接；

所述中连杯两端各开设一盲孔，为第一盲孔和第二盲孔，所述第一盲孔和第二盲孔通过一通孔连通，一螺钉依次穿过垫片、高分子弹性阻尼元件和所述通孔与所述下半杆螺纹连接，所述螺钉的螺帽在所述第一盲孔内可移动，所述高分子弹性阻尼元件位于第一盲孔中，并可受压缩短。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，该装置将连接组件、缓冲机构、承力结构、前端电机驱动机构、末端传动机构和传感与电控部分相结合，实现了空间黏附装置在主动平台上的压紧、分离与缓冲的结构集成，可实现在碰撞预压时的切向加载可进行空间精确操控，并可通过与两个双滑块机构、加卸载环差动运动的空间四杆机构提高黏附面结构展平力；

(2)本发明的低功耗高集成高可靠空间黏附装置中，与目标脱附时，各个黏附面结构卸载和后折脱附同时进行，以最简单的运动和机构，获得适应各向异性黏附材料的脱附动作；

(3)本发明的低功耗高集成高可靠空间黏附装置中，加卸载环可承受黏附面结构斜碰冲击，吸收高频振动，并使黏附面结构后折对称；

(4)本发明的低功耗高集成高可靠空间黏附装置中，可通过调节两个轴向滑块的间距，预紧可拉伸第一双滑块机构中的高分子弹性阻尼元件的弹性阻尼材料，吸收次高频振动并使末端黏附单元得到恰当的碰撞响应速度。

附图说明

图1为本发明的一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置；

图2为本发明的承力结构结构示意图；

图3为本发明的连接组件结构示意图；

图4为本发明的电机驱动机构结构示意图；

图5为本发明的末端传动机构部分结构示意图；

图6为本发明的轴向滑块结构示意图；

图7为本发明的轴向滑块组结构示意图；

图8为本发明的空间四杆机构结构示意图；

图9为本发明的低功耗高集成高可靠空间黏附装置的部分仰视图；

图10为本发明的加卸载环结构示意图；

图11为本发明的减震杆结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，为本发明的一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，该装置包含：用于与主动平台对接的连接组件1、用于缓和装置对目标的法向撞击的缓冲机构2、承力结构6、前端电机驱动机构3、用于黏附目标的末端传动机构5、传感与电控部分4。

缓冲机构2与所述连接组件1连接，本发明的黏附装置与目标碰撞时，由缓冲机构2缓冲碰撞力，并由碰撞力提供黏附所需预压力。所述承力结构6与所述缓冲机构2连接；所述前端电机驱动机构3与所述缓冲机构2连接，并与所述末端传动机构5连接；末端传动机构5与所述承力结构6通过圆柱副连接，并与所述前端电机驱动机构3连接；传感与电控部分4设置在所述缓冲机构2上，并控制整个黏附装置。

如图2所示，本发明的所述承力结构6(桁架支承结构)包含：装置中心轴3-8、若干根支撑杆、若干个导向轴5-1-9和若干个连接杆。所述装置中心轴3-8顶部与所述缓冲机构2连接，其底部设置一中心连接块5-1-3；所述支撑杆的顶部与所述缓冲机构2连接；所述导向轴5-1-9一端与所述中心连接块5-1-3连接，另一端与所述支撑杆的底部连接；所述连接杆的两端分别与各个所述支撑杆的近底部连接，若干个连接杆构成一个环形结构。

在本实施例中，所述承力结构6包含6个导向轴5-1-9，所述装置中心轴3-8和导向轴5-1-9既作为支承框架的一部分，又作为运动副的关键部分起导向或铰接作用。

如图3所示，所述连接组件1包含：若干根锥头导向轴1-3、若干个分离弹簧1-4和轴向对接支承块1-2。

所述锥头导向轴1-3与所述缓冲机构2滑动连接，所述锥头导向轴1-3上设置一固定件1-5；所述分离弹簧1-4分别与所述固定件1-5连接，所述分离弹簧1-4套设在所述锥头导向轴1-3靠近主动平台的一端上；所述轴向对接支承块1-2与所述缓冲机构2连接，所述轴向对接支承块1-2用于对本装置进行轴向定位与支承。在本实施例中，连接组件1包含3根锥头导向轴1-3。分离时，采用熔丝解锁器解除本装置与主动平台的轴向连接，再由分离弹簧1-4将本装置推离平台。

如图3所示，所述缓冲机构2包含：连接板1-1、顶板2-4、若干个缓冲弹簧2-5、若干根限位螺钉2-1、缓冲机构导向套2-3和减振器2-2。

所述连接板1-1上开设有若干个第一通孔，所述锥头导向轴1-3穿过所述第一通孔与主动平台对接，所述锥头导向轴1-3通过所述固定件1-5固定在所述连接板1-1上，所述固定件1-5设置在所述连接板1-1上靠近主动平台的一侧。所述顶板2-4上开设有若干个与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第二通孔上安装有缓冲机构导向套2-3，所述锥头导向轴1-3穿过所述第一通孔插入缓冲机构导向套2-3中，并可在所述缓冲机构导向套2-3中滑动。

另外，所述缓冲弹簧2-5分别套设在各个所述锥头导向轴1-3介于所述顶板2-4和所述连接板1-1之间的部分(见图3)。所述连接板1-1和所述顶板2-4对应开设有若干个第三通孔和第四通孔，所述限位螺钉2-1穿过所述第三通孔和第四通孔，用于限制所述连接板1-1和所述顶板2-4的最大距离。所述减振器2-2设置在所述顶板2-4上，所述减振器2-2的缓冲轴与所述连接板1-1连接。

在本实施例中，所述顶板2-4和所述连接板1-1为圆形，所述支撑杆为斜向的杆二6-1和杆三6-2(见图2)，所述杆二6-1向左倾斜，所述杆三6-2向右倾斜，两者交错设置；所述连接杆为弧状连接杆6-3，所述弧状连接杆6-3一端与所述杆二6-1连接，另一端与所述杆三6-2连接，若干个弧状连接杆6-3构成一个圆环。另外，所述缓冲机构2包含3个缓冲弹簧2-5。

如图4所示，本发明的所述电机驱动机构3包含：用于提供驱动力的伺服电机3-1、电机座3-3、轴承3-4、丝杠螺母3-5、滑动丝杠3-7、螺母座3-6、和四杆千斤顶机构3-10。所述丝杠螺母3-5为PPS材质。所述四杆千斤顶机构3-10包括固定座3-12和四杆千斤顶机构输出端3-11等结构。

所述伺服电机3-1固定在电机座3-3上，所述电机座3-3上开设一圆孔，所述轴承3-4固定在所述圆孔内。所述滑动丝杠3-7与所述轴承3-4的内圈连接，所述滑动丝杠3-7与丝杠螺母3-5连接，所述丝杠螺母3-5固定在所述螺母座3-6上。所述滑动丝杠3-7的一端与所述伺服电机3-1的输出轴连接，另一端穿过所述螺母座3-6上开设的第五通孔。所述四杆千斤顶机构3-10与所述电机座3-3和所述螺母座3-6铰连接，所述四杆千斤顶机构3-10的上端为固定座3-12，其通过一第一连接件与所述顶板2-4固连，下端为四杆千斤顶机构输出端3-11，与末端传动机构5的轴向滑块5-1-2(见图5)通过圆柱副连接；所述四杆千斤顶机构3-10的四杆千斤顶机构输出端3-11与所述末端传动机构5连接。

在本实施例中，所述伺服电机3-1为小功率伺服电机，伺服电机3-1、轴承3-4选用之前成功采用过的型号。伺服电机3-1通过滑动丝杠3-7、丝杠螺母3-5和四杆千斤顶机构3-10减速增力后对末端传动机构5加载，使其轴向滑块5-1-2(见图5)向上移动，从而使与其垂直的另一个滑块进行黏附向心加载运动或离心卸载继而后折脱附运动。另外，各运动副采用二硫化钼固体润滑，且考虑热应力变形，合理设计间隙，防止运动卡住。

工作时，所述伺服电机3-1驱动所述滑动丝杠3-7转动，进而带动与所述滑动丝杠3-7螺纹连接的丝杠螺母3-5沿着滑动丝杠3-7轴线方向平移运动，使所述电机座3-3与螺母座3-6相互靠近或远离，最终带动所述四杆千斤顶机构3-10动作。

如图5所示，所述末端传动机构5包含轴向滑块5-1-2、上拉环5-1-1和若干个用于黏附目标的末端黏附单元传动机构5-1(本实施例中包含6个末端黏附单元传动机构5-1)等结构，所述末端黏附单元传动机构5-1包含空间四杆机构5-1-8。在本发明中，采用丝杠螺母3-5、滑动丝杠3-7、四杆千斤顶机构3-10、上拉环5-1-1、轴向滑块5-1-2和末端黏附单元传动机构5-1减速对小功率伺服电机3-1减速增力，使末端黏附单元传动机构5-1内的末端黏附单元的运动与需求相吻合。如图9所示，为本实施例的黏附装置的部分仰视图，该装置共包含6个所述末端黏附单元传动机构5-1。

如图5、图6和图7结合所示，所述轴向滑块5-1-2套设在所述装置中心轴3-8上，其位于所述中心连接块5-1-3的上方，且其自上而下依次套设有轴向固定螺母3-9、四杆千斤顶机构输出端3-11和上拉环5-1-1。所述轴向固定螺母3-9固定在所述轴向滑块5-1-2一端，对四杆千斤顶机构输出端3-11和上拉环5-1-1进行轴向固定。所述上拉环5-1-1可沿所述轴向滑块5-1-2上下调节位置。在本实施例中，所述末端传动机构5包含6个末端黏附单元传动机构5-1，所述末端黏附单元传动机构5-1周向均匀阵列。

所述轴向滑块5-1-2和所述上拉环5-1-1之间设置有若干个轴向滑块调距螺钉5-1-4。所述轴向滑块调距螺钉5-1-4或者穿过轴向滑块5-1-2下部板面的直孔拧入所述上拉环5-1-1上对应位置的螺纹孔，进而顶到所述四杆千斤顶机构输出端3-11的端面上，或者拧入所述轴向滑块5-1-2下部板面的螺纹孔中，进而顶到所述上拉环5-1-1的下端面上。

如图7所示，在本发明中，所述轴向固定螺母3-9、四杆千斤顶机构输出端3-11、上拉环5-1-1、轴向滑块5-1-2和轴向滑块调距螺钉5-1-4组成轴向滑块组。轴向滑块调距螺钉5-1-4锁定位置后，轴向滑块组成为一个构件，且此构件中上拉环5-1-1位置可调。所述轴向滑块组可沿所述装置中心轴3-8上下移动。

如图8所示，所述空间四杆机构5-1-8包含：第一扇形杆5-1-8-2、第二扇形杆、第一长凸台5-1-8-5、第二长凸台5-1-8-1、第一黏附面结构5-1-8-6、第二黏附面结构、两球铰、第二连接件5-1-8-7、第三连接件5-1-8-3、铰制孔用螺栓5-1-8-4和导向轴5-1-9。所述第一扇形杆5-1-8-2和第二扇形杆通过所述导向轴5-1-9铰连接，两者之间可相互发生角位移；各向异性黏附材料的所述第一黏附面结构5-1-8-6和第二黏附面结构分别固定在所述第一扇形杆5-1-8-2和第二扇形杆底部，黏附材料向心移动为增强法向黏附力的加载方向。

如图8所示，所述第一长凸台5-1-8-5一端与所述第一扇形杆5-1-8-2连接，另一端通过一球铰与第二连接件5-1-8-7连接；所述第二长凸台5-1-8-1一端与所述第二扇形杆连接，另一端通过一球铰与第三连接件5-1-8-3连接；所述第二连接件5-1-8-7和所述第三连接件5-1-8-3通过铰制孔用螺栓5-1-8-4连接。其中，球铰一端通过外螺纹与长凸台螺纹连接，另一端插于对应的连接件一端的通孔中，并用紧定螺钉紧固。

如图5所示，所述空间四杆机构5-1-8通过差动机构与所述轴向滑块组连接，所述差动机构包含：第一双滑块机构5-1-6和第二双滑块机构5-1-5。

所述第一双滑块机构5-1-6包含一减震杆(见图11)，所述减震杆一端与所述上拉环5-1-1的连接耳铰连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓5-1-8-4和空间四杆机构5-1-8在第二连接件5-1-8-7和第三连接件5-1-8-3形成的铰链处形成铰连接，空间四杆机构5-1-8为第一双滑块机构5-1-6的一个滑块。

所述第二双滑块机构5-1-5包含下拉杆5-1-5-1，一加卸载环5-1-7作为所述第二双滑块机构5-1-5的一个滑块。

如图5和图10结合所示，为本发明的加卸载环5-1-7结构示意图，所述加卸载环5-1-7处于第一扇形杆5-1-8-2和第二扇形杆之间，三者轴向固定在一起。所述加卸载环5-1-7上部为一支承滑槽，所述第一双滑块机构5-1-6的减震杆穿过所述支承滑槽，并可在所述支承滑槽内移动，以使所述减震杆在黏附面结构5-1-8-6受撞击产生偏载时更加稳固，而不偏离所述末端黏附单元传动机构5-1的对称面位置。所述加卸载环5-1-7为所述第二双滑块机构5-1-5的一个滑块，其下部开设一通孔，并由所述导向轴5-1-9穿过此通孔。所述导向轴5-1-9与所述加卸载环5-1-7的下部通孔形成滑块连接。所述第二双滑块机构5-1-5包含一下拉杆5-1-5-1，所述下拉杆5-1-5-1一端通过销轴与所述轴向滑块5-1-2的下端连接耳铰连接，另一端通过销轴和所述加卸载环5-1-7的中部通孔铰连接。

空间四杆机构5-1-8与加卸载环5-1-7在导向轴5-1-9轴向固定在一起，可以相互绕导向轴5-1-9轴线转动。

当轴向滑块组(见图7)从初始位置向上运动时，第二双滑块机构5-1-5拉动空间四杆机构5-1-8向中心连接块5-1-3移动，同时，第一双滑块机构5-1-6的减震杆(图11)受拉伸长，形成拉力，对空间四杆机构5-1-8加载，使第一扇形杆5-1-8-2、第二扇形杆维持共面的力矩进一步增大。在轴向滑块组返向运动时，第二双滑块机构5-1-5推动空间四杆机构5-1-8远离中心连接块5-1-3移动，对空间四杆机构5-1-8卸载，同时，第一双滑块机构5-1-6的减震杆伸长量减小，拉力减小，使第一扇形杆5-1-8-2、第二扇形杆维持共面的力矩减小。

如图11所示，所述第一双滑块机构5-1-6的减震杆(图11)包含：上半杆5-1-6-1、螺钉5-1-6-3、高分子弹性阻尼元件5-1-6-5、所述中连杯5-1-6-2和下半杆5-1-6-6。

所述上半杆5-1-6-1一端通过销轴与所述上拉环5-1-1的连接耳连接，另一端连接一中连杯5-1-6-2；所述下半杆5-1-6-6一端与所述中连杯5-1-6-2连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓5-1-8-4和第二连接件5-1-8-7、第三连接件5-1-8-3形成转动铰链连接。所述中连杯5-1-6-2的两端开设两盲孔，包括第一盲孔和第二盲孔。所述两盲孔通过一小通孔连接，所述螺钉5-1-6-3依次穿过垫片5-1-6-4、高分子弹性阻尼元件5-1-6-5和所述通孔与所述下半杆5-1-6-6螺纹连接。所述高分子弹性阻尼元件5-1-6-5位于第一盲孔中，并可受压缩短，所述垫片5-1-6-4和螺钉5-1-6-3的螺帽被所述高分子弹性阻尼元件5-1-6-5限制在所述第一盲孔中。

在本实施例中，上半杆5-1-6-1与中连杯5-1-6-2通过螺纹紧固件连接，螺纹紧固件采用航天专用防松胶防松，必要位置采用结构防松设计。所述高分子弹性阻尼元件5-1-6-5采用聚酰亚胺材料，具有阻尼功能且耐空间环境，在撞击时起到一定的减振功能。该减震杆(图11)长度可受拉增大，以适应两双滑块机构的差动运动。

初始状态时，第一双滑块机构5-1-6的减震杆比第二双滑块机构5-1-5的下拉杆5-1-5-1与装置中心轴3-8的夹角小。所述减震杆依靠高分子弹性阻尼元件5-1-6-5的弹力使下半杆5-1-6-6的端面沿轴向压在中连杯第二盲孔的孔底平面上。垫片5-1-6-4和高分子弹性阻尼元件5-1-6-5同时处于中连杯5-1-6-2的第一盲孔里，并且在径向与此盲孔有一定的间隙。

轴向滑块组(图7)的轴向滑块5-1-2和上拉环5-1-1可通过轴向滑块调距螺钉5-1-4调节距离，以改变减震杆与装置中心轴3-8的夹角。第一双滑块机构5-1-6和第二双滑块机构5-1-5的差动运动使减震杆受拉或受压，从而对空间四杆机构5-1-8进行加载，可驱动每个黏附单元的两个黏附面结构展平、展平巩固、向后对折，以及同时对各黏附单元的向心加载或离心卸载。空间四杆机构5-1-8为沿两球铰连线输出力、另一对铰链输入加载力的可调传动比机构。

缓冲预压时，伺服电机3-1通过滑动丝杠3-7、四杆千斤顶机构3-10驱动末端黏附单元传动机构5-1运动，同时带动黏附面结构5-1-8-6向心移动，以增强法向黏附力。其中，滑动丝杠3-7和丝杠螺母3-5的输出力通过电机座3-3和螺母座3-6输入到四杆千斤顶机构3-10。

当伺服电机3-1运动，驱动轴向滑块组沿装置中心轴3-8进行靠近顶板2-4的移动时，下半杆5-1-6-6对加卸载环5-1-7沿导向轴5-1-9的拉动位移较上半杆5-1-6-1通过空间四杆机构5-1-8对加卸载环5-1-7沿导向轴5-1-9的拉动位移小。因第二双滑块机构5-1-5的下拉杆5-1-5-1为一构件，长度不可变，所以，减震杆受拉，高分子弹性阻尼元件5-1-6-5受压，减震杆中的下半杆5-1-6-6和中连杯5-1-6-2在减震杆轴线方向的压力消失。当减震杆拉力继续增大时，下半杆5-1-6-6和中连杯5-1-6-2在轴线方向上产生间隙，减震杆伸长，以适应差动运动结果。此时，减震杆对空间四杆机构5-1-8的加载力输入端形成加载拉力，使第一黏附面结构5-1-8-6和第二黏附面结构展平力矩更大，保证两个黏附面结构向心加载时的平整度，并抵抗可能出现的使黏附单元脱附对折的干扰力矩。

轴向滑块组返程运动，越过加载初始时的位置后，第一双滑块机构5-1-6的中连杯5-1-6-2通过第二盲孔的底平面，推动下半杆5-1-6-6对空间四杆机构5-1-8反向加载，使第一扇形杆5-1-8-2、第二扇形杆产生脱离共面的力矩，使两个扇形杆对称后折，进而使黏附面脱离黏附状态。

综上所述，本发明的一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，将连接组件1、缓冲机构2、承力结构6、前端电机驱动机构3、末端传动机构5和传感与电控部分4相结合，实现了空间黏附装置在主动平台上的压紧、分离与缓冲的结构集成，可实现在黏附碰撞预压时的切向加载，并可通过两个双滑块机构的差动运动提高黏附面结构的展平力；另外与目标脱附时，各黏附面单元可切向卸载，并可通过两个双滑块机构的反向差动运动对称后折，完成脱附。此装置以最简洁的机构，获得了适应各向异性黏附材料的黏附、脱附运动。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，该装置包含：

连接组件（1），用于与主动平台对接；

用于缓和装置对目标的法向撞击的缓冲机构（2），与所述连接组件（1）连接；

承力结构（6），与所述缓冲机构（2）连接；

前端电机驱动机构（3），与所述缓冲机构（2）连接，并与末端传动机构（5）连接；

装有黏附材料的末端传动机构（5），与所述承力结构（6）通过圆柱副连接，并与所述前端电机驱动机构（3）接触；

传感与电控部分（4），设置在所述缓冲机构（2）上，并控制整个黏附装置；

其中，所述承力结构（6）包含：

装置中心轴（3-8），所述装置中心轴（3-8）顶部与所述缓冲机构（2）连接，其底部设置一中心连接块（5-1-3）；

若干根支撑杆，所述支撑杆的顶部与所述缓冲机构（2）连接；

若干个导向轴（5-1-9），所述导向轴（5-1-9）一端与所述中心连接块（5-1-3）连接，另一端与所述支撑杆的底部连接；

若干个连接杆，所述连接杆的两端分别与各个所述支撑杆连接，若干个连接杆构成一个环形结构。

2.如权利要求1所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述连接组件（1）包含：

若干根锥头导向轴（1-3），与所述缓冲机构（2）滑动连接，所述锥头导向轴（1-3）上设置一固定件（1-5）；

若干个分离弹簧（1-4），分别与所述固定件（1-5）连接，所述分离弹簧（1-4）套设在所述锥头导向轴（1-3）靠近主动平台的一端上；

轴向对接支承块（1-2），设置在所述缓冲机构（2）上。

3.如权利要求2所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述缓冲机构（2）包含：

连接板（1-1），其开设有若干个第一通孔，所述锥头导向轴（1-3）穿过所述第一通孔与主动平台对接，所述锥头导向轴（1-3）通过所述固定件（1-5）固定在所述连接板（1-1）上，所述固定件（1-5）设置在所述连接板（1-1）上靠近主动平台的一侧；

顶板（2-4），其开设有若干个与所述第一通孔对应的第二通孔，所述第二通孔上安装有缓冲机构导向套（2-3），所述锥头导向轴（1-3）穿过所述第一通孔插入缓冲机构导向套（2-3）中，并可在所述缓冲机构导向套（2-3）中滑动；

若干个缓冲弹簧（2-5），分别套设在各个所述锥头导向轴（1-3）介于所述顶板（2-4）和所述连接板（1-1）之间的部分；

若干根限位螺钉（2-1），所述连接板（1-1）和所述顶板（2-4）对应开设有若干个第三通孔和第四通孔，所述限位螺钉（2-1）穿过所述第三通孔和第四通孔，所述连接板（1-1）和所述顶板（2-4）通过所述限位螺钉（2-1）限制最大相对距离；

减振器（2-2），其设置在所述顶板（2-4）上，所述减振器（2-2）的缓冲轴与所述连接板（1-1）连接。

4.如权利要求3所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，

所述顶板（2-4）和所述连接板（1-1）为圆形，所述支撑杆为斜向的杆二（6-1）和杆三（6-2），所述杆二（6-1）向左倾斜，所述杆三（6-2）向右倾斜，两者交错设置；

所述连接杆为弧状连接杆（6-3），所述弧状连接杆（6-3）一端与所述杆二（6-1）连接，另一端与所述杆三（6-2）连接，若干个弧状连接杆（6-3）构成一个圆环。

5.如权利要求3所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述电机驱动机构（3）包含：

伺服电机（3-1），用于提供驱动力，所述伺服电机（3-1）固定在电机座（3-3）上；

轴承（3-4），所述电机座（3-3）上开设一圆孔，所述轴承（3-4）固定在所述圆孔内；

滑动丝杠（3-7），其与所述轴承（3-4）的内圈连接，所述滑动丝杠（3-7）与一螺母座（3-6）上设置的丝杠螺母（3-5）螺纹连接，所述滑动丝杠（3-7）的一端与所述伺服电机（3-1）的输出轴连接，另一端穿过所述螺母座（3-6）上开设的第五通孔；

四杆千斤顶机构（3-10），其分别与所述电机座（3-3）和所述螺母座（3-6）铰接，所述四杆千斤顶机构（3-10）上端为固定座（3-12），其通过一第一连接件与所述顶板（2-4）固连，下端为四杆千斤顶机构输出端（3-11），与末端传动机构（5）的轴向滑块（5-1-2）通过圆柱副连接；

所述伺服电机（3-1）驱动所述滑动丝杠（3-7）转动，进而带动与所述滑动丝杠（3-7）配套的螺母（3-5）沿滑动丝杠（3-7）轴向移动，进而带动所述电机座（3-3）和所述螺母座（3-6）相对靠近或远离，进而使所述四杆千斤顶机构输出端（3-11）和所述四杆千斤顶机构（3-10）的固定座（3-12）相对远离或靠近。

6.如权利要求5所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述末端传动机构（5）包含：

轴向滑块（5-1-2），所述轴向滑块（5-1-2）套设在所述装置中心轴（3-8）上，并位于所述中心连接块（5-1-3）的上方，所述轴向滑块（5-1-2）上依次套设有上拉环（5-1-1）、四杆千斤顶机构输出端（3-11）和轴向固定螺母（3-9），所述轴向固定螺母（3-9）与所述轴向滑块（5-1-2）固定连接，所述轴向滑块（5-1-2）、上拉环（5-1-1）、四杆千斤顶机构输出端（3-11）和轴向固定螺母（3-9）组成一个轴向滑块组，所述轴向滑块组可沿所述装置中心轴（3-8）上下移动；

若干个用于黏附目标的末端黏附单元传动机构（5-1），其与所述轴向滑块组连接，所述末端黏附单元传动机构（5-1）包含用于黏附目标的空间四杆机构（5-1-8），所述空间四杆机构（5-1-8）通过差动机构与所述轴向滑块组连接。

7.如权利要求6所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，

所述轴向滑块（5-1-2）和所述上拉环（5-1-1）之间设置有若干个轴向滑块调距螺钉（5-1-4），所述轴向滑块调距螺钉（5-1-4）或者穿过轴向滑块（5-1-2）下部板面的直孔拧入所述上拉环（5-1-1）上对应位置的螺纹孔，进而顶到所述四杆千斤顶机构输出端（3-11）的端面上，或者拧入所述轴向滑块（5-1-2）下部板面的螺纹孔中，进而顶到所述上拉环（5-1-1）的下端面上，最终使轴向滑块组成为一个构件，此构件中上拉环（5-1-1）位置可调。

8.如权利要求6所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述空间四杆机构（5-1-8）包含：

第一扇形杆（5-1-8-2）和第二扇形杆，两者通过所述导向轴（5-1-9）铰接；

第一黏附面结构（5-1-8-6）和第二黏附面结构，两者分别与所述第一扇形杆（5-1-8-2）和第二扇形杆的底部连接；

第一长凸台（5-1-8-5），其一端与所述第一扇形杆（5-1-8-2）连接，另一端通过一球铰与第二连接件（5-1-8-7）连接；

第二长凸台（5-1-8-1），其一端与所述第二扇形杆连接，另一端通过一球铰与第三连接件（5-1-8-3）连接；

所述第二连接件（5-1-8-7）和所述第三连接件（5-1-8-3）通过铰制孔用螺栓（5-1-8-4）连接。

9.如权利要求8所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述差动机构包含：

第一双滑块机构（5-1-6），其包含一减震杆，所述减震杆的一端与上拉环（5-1-1）铰连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓（5-1-8-4）和空间四杆机构（5-1-8）的第二连接件（5-1-8-7）、第三连接件（5-1-8-3）铰连接；

第二双滑块机构（5-1-5），包含下拉杆（5-1-5-1），一加卸载环（5-1-7）作为第二双滑块机构（5-1-5）的一个滑块，

所述加卸载环（5-1-7）上部开设一支承滑槽，所述第一双滑块机构（5-1-6）的减震杆穿过所述支承滑槽并可在所述支承滑槽内移动，所述加卸载环（5-1-7）下部开设一通孔，所述导向轴（5-1-9）穿过所述通孔，所述导向轴（5-1-9）与所述加卸载环（5-1-7）的下部通孔形成滑块连接；

所述下拉杆（5-1-5-1）一端与所述轴向滑块（5-1-2）铰连接，另一端与加卸载环（5-1-7）在后者中部位置铰连接，

空间四杆机构（5-1-8）与加卸载环（5-1-7）在导向轴（5-1-9）轴向固定在一起，可以相互绕导向轴（5-1-9）轴线转动。

10.如权利要求9所述的低功耗高集成高可靠空间黏附装置，其特征在于，所述第一双滑块机构（5-1-6）的减震杆包含：

上半杆（5-1-6-1），其一端与所述上拉环（5-1-1）铰接，另一端与中连杯（5-1-6-2）固接；

下半杆（5-1-6-6），其一端与所述中连杯（5-1-6-2）通过圆柱副连接，另一端通过所述铰制孔用螺栓（5-1-8-4）和第二连接件（5-1-8-7）、第三连接件（5-1-8-3）形成铰连接；

所述中连杯（5-1-6-2）两端各开设一盲孔，为第一盲孔和第二盲孔，所述第一盲孔和第二盲孔通过一通孔连通，一螺钉（5-1-6-3）依次穿过垫片（5-1-6-4）、高分子弹性阻尼元件（5-1-6-5）和所述通孔与所述下半杆（5-1-6-6）螺纹连接，所述螺钉（5-1-6-3）的螺帽在所述第一盲孔内可移动，所述高分子弹性阻尼元件（5-1-6-5）位于第一盲孔中，并可受压缩短。

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