CN114852381B - 一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，包括快接模块、定位压紧模块、丝杠模块和固定锁头模块，丝杠模块的一端设置固定锁头模块，且固定锁头模块同于可拆卸连接至末端执行器的捕获杆外围，梯形丝杆模块的另一端通过快接模块固定连接至驱动电机，丝杠模块的外围固定套接至定位压紧模块，且定位压紧模块用于固定丝杠模块和末端执行器的相对位置。本发明所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，在空间机械臂末端钢丝绳与适配器捕获杆无法脱开故障状态下利用直线推杆工具对钢丝绳进行反驱，使末端执行器脱离捕获杆，从而使空间机械臂恢复活动能力。

Description

一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具

技术领域

本发明属于空间机械臂故障维修领域，尤其是涉及一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具。

背景技术

空间机械臂在各国空间站及航天器在轨服务过程中发挥着重要作用，它将完成空间站的辅助对接、目标搬运、在轨建设等重要任务。空间机械臂末端执行器的捕获模块与空间站表面的适配器的完美配合使得空间机械臂可以在空间站表面实现大范围的自由移动。倘若空间机械臂末端执行器的捕获模块发生故障，无法脱离适配器，将导致空间机械臂失去爬行能力，将会极大地削弱空间机械臂的在轨服务能力。

空间机械臂末端执行器的捕获模块通常由转动环、固定环、钢丝绳(3组)、驱动组件等组成，钢丝绳两端分别固定在固定环和转动环上，并安装有小扭簧，在初始状态下将钢丝绳端部约束在转动环与固定环内壁。在捕获模块发生故障时，末端执行器的三组钢丝绳将目标适配器捕获杆缠绕捕获，导致机械臂末端执行器无法与舱体上的适配器脱离，若想解决此故障状态，就需要对捕获组件进行反驱(通过对钢丝绳组件进行施力反驱，工具一端与目标适配器捕获杆固定，另一端与末端执行器内壁或者外壁固定，进行胀离或者收缩动作)。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，以解决在空间机械臂末端捕获钢丝绳与适配器捕获杆无法脱开故障状态下无法进行空间机械臂故障维修的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，包括快接模块、定位压紧模块、丝杠模块和固定锁头模块，丝杠模块的一端设置固定锁头模块，且固定锁头模块同于可拆卸连接至末端执行器的捕获杆外围，梯形丝杆模块的另一端通过快接模块固定连接至驱动电机，丝杠模块的外围固定套接至定位压紧模块，且定位压紧模块用于固定丝杠模块和末端执行器的相对位置。

进一步的，所述快换模块包括快接母头和快接公头，快接母头包括连接法兰、电机传动轴、外连接套筒、复位弹簧、限位压盖和压紧端盖，外连接套筒的下端通过连接法兰固定连接至驱动电机的外围，电机传动轴位于外连接套筒的内圈，且外连接套筒内设置限位压盖，限位压盖的一端固定连接至复位弹簧的一端，复位弹簧的另一端固定连接至外连接套筒的内侧壁，限位压盖的另一端抵接至压紧端盖的一端，压紧端盖的外围固定连接至外连接套筒的上端；

进一步的，所述快接公头包括第一传动轴、外导向阶梯座和第一轴承，第一传动轴的外围通过第一轴承转动连接至外导向阶梯座的内圈，梯形连接座的一端固定连接至丝杠模块的一端，第一传动轴的一端可拆卸连接至电机传动轴，第一传动轴的另一端固定连接至丝杠模块内部设置的梯形丝杠。

进一步的，所述外导向阶梯座的一端外围沿周向均布若干定位块，压紧端盖内圈沿径向设有若干滑槽，且定位块和滑槽一一对应，在快接母头和快接公头连接状态下，定位块位于压紧端盖和限位压盖之间。

进一步的，所述丝杠模块包括梯形丝杠、外套筒、第二轴承、内推杆和支撑导向套，外套筒的一端固定连接至外导向阶梯座的一端，外套筒的另一端内圈设置支撑导向套，梯形丝杠位于外套筒的内圈，梯形丝杠的一端固定连接至第一传动轴的一端，梯形丝杠的外围通过第二轴承转动套接至外套筒的内圈，内推杆的内圈螺纹连接至梯形丝杠的外围，内推杆的外围滑动连接至支撑导向套的内圈。

进一步的，所述外套筒的一端通过外侧弯管固定连接至外导向阶梯座的一端，且外侧弯管内设置万向联轴器，梯形丝杠的一端通过万向联轴器固定连接至第一传动轴的一端。

进一步的，所述定位压紧模块包括压紧操作杆、压紧组件、定位楔形块、弧形压紧块和压紧支板，外套筒的外围固定连接至压紧支板的内圈，压紧支板的一侧铰接至压紧组件的一侧，压紧支板的另一侧设置弧形压紧块，压紧组件的上端设置压紧操作杆，压紧组件的下端设置定位楔形块，定位楔形块和弧形压紧块紧密贴合至末端执行器的侧壁，用于固定丝杠模块和末端执行器的相对位置。

进一步的，所述固定锁头模块包括C型锁体、扭转弹簧、销轴和单向摆杆，C型锁体的外围固定连接至内推杆的一端，C型锁体上设有捕获槽，且捕获槽是非圆形的敞口槽，所示敞口的两侧壁分别通过一个轴销铰接一个单向摆杆，两个单向摆杆对称设置，每个轴销外围设置一个扭转弹簧，扭转弹簧用于复位单向摆杆的相对位置。

相对于现有技术，本发明所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，为空间机械臂捕获模块故障提供了一种维修解决方案，提高了空间机械臂的在轨服务能力和在轨服务时间，满足人机工效学要求，整个操作过程均满足单手操作的空间作业需求。

(2)本发明所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，利用定位压紧装置确定了直线推杆工具的初始位置，定位完成后，确定旋转圈数，启动手驱工具则完成了维修作业，操作过程简单，操作步骤少，降低了外太空航天员的操作难度。

(3)本发明所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，在操作实施过程中实现了力闭环，对操作者无反作用力，降低了外太空舱外维修的难度，手驱操作端与直线推杆工具捕获杆固定锁头端的传动路径可进行多角度调节，能充分适应外太空环境下各种复杂的维修工况，有效提升了航天员在维修过程中的操作空间，降低了操作的风险。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具的侧视图；

图3为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具的上视图；

图4为本发明实施例所述的定位压紧模块的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的定位压紧模块的侧视图；

图6为本发明实施例所述的快接模块的结构示意图；

图7为本发明实施例所述的快接模块的剖面图；

图8为本发明实施例所述的丝杠模块的剖面图；

图9为本发明实施例所述的固定锁头模块的结构示意图；

图10为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具操作状态下的结构示意图；

图11为本发明实施例所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具操作状态下的侧视图。

附图标记说明：

1-快接模块；11-快接母头；111-连接法兰；112-滑槽；113-电机传动轴；114-外连接套筒；115-复位弹簧；116-限位压盖；117-压紧端盖；12-快接公头；121-第一传动轴；122-外导向阶梯座；123-第一轴承；124-定位块；2-定位压紧模块；21-压紧操作杆；22-压紧组件；23-定位楔形块；24-弧形压紧块；25-压紧支板；3-丝杠模块；31-外侧弯管；32-万向联轴器；33-梯形丝杠；34-第二轴承；35-外套筒；36-内推杆；37-支撑导向套；4-固定锁头模块；41-C型锁体；42-销轴；43-单向摆杆；5-适配器；6-末端执行器；7-驱动电机；8-捕获杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-11所示，一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，包括快接模块1、定位压紧模块2、丝杠模块3和固定锁头模块4，丝杠模块3的一端设置固定锁头模块4，且固定锁头模块4同于套接至末端执行器6的捕获杆8外围，以固定该工具与捕获杆8的相对位置，梯形丝杆模块的另一端通过快接模块1固定连接至驱动电机7，丝杠模块3的外围固定套接至定位压紧模块2，且定位压紧模块2用于固定丝杠模块3和末端执行器6的相对位置，快换模块包括快接母头11和快接公头12，快接母头11包括连接法兰111、电机传动轴113、外连接套筒114、复位弹簧115、限位压盖116和压紧端盖117，外连接套筒114的下端通过连接法兰111固定连接至驱动电机7的外围，电机传动轴113位于外连接套筒114的内圈，且外连接套筒114内设置限位压盖116，限位压盖116的一端固定连接至复位弹簧115的一端，复位弹簧115的另一端固定连接至外连接套筒114的内侧壁，限位压盖116的另一端抵接至压紧端盖117的一端，压紧端盖117的外围固定连接至外连接套筒114的上端；

快接公头12包括第一传动轴121、外导向阶梯座122和第一轴承123，第一传动轴121的外围通过第一轴承123转动连接至外导向阶梯座122的内圈，梯形连接座的一端固定连接至丝杠模块3的一端，第一传动轴121的一端可拆卸连接至电机传动轴113，第一传动轴121的另一端固定连接至丝杠模块3内部设置的梯形丝杠33。

外导向阶梯座122的一端外围沿周向均布若干定位块124，压紧端盖117内圈沿径向设有若干滑槽112，且定位块124和滑槽112一一对应，在快接母头11和快接公头12连接状态下，定位块124位于压紧端盖117和限位压盖116之间，快接母头11的工作方式是，快接母头11通过驱动端连接法兰111与驱动电机7固定，电机传动轴113与电机输出轴连接传递动力，快接公头12通过导向阶梯座与丝杠模块3连接，在需要进行快接公头12与快接母头11的快速连接时，首先将快接公头12外导向阶梯座122对准快接母头11对位，然后通过定位块124和滑槽112连接快接母头11和快接母头11，从而完成公头端与母头端的连接，同时保证了内部的动力传动。

丝杠模块3包括梯形丝杠33、外套筒35、第二轴承34、内推杆36和支撑导向套37，外套筒35的一端固定连接至外导向阶梯座122的一端，外套筒35的另一端内圈设置支撑导向套37，梯形丝杠33位于外套筒35的内圈，梯形丝杠33的一端固定连接至第一传动轴121的一端，梯形丝杠33的外围通过第二轴承34转动套接至外套筒35的内圈，内推杆36的内圈螺纹连接至梯形丝杠33的外围，内推杆36的外围滑动连接至支撑导向套37的内圈，外套筒35的一端通过外侧弯管31固定连接至外导向阶梯座122的一端，且外侧弯管31内设置万向联轴器，梯形丝杠33的一端通过万向联轴器32固定连接至第一传动轴121的一端。

丝杠模块3的工作方式为：梯形丝杠33连接万向联轴器32从而连接快接模块1的第一传动轴121，因此梯形丝杠33可以在驱动电机7的带动下做回转运动，内推杆36与在梯形丝杠33旋转螺纹带动下进行直线运动，为了将驱动电机7的输出扭矩转换为直线推杆工具捕获杆8固定锁头的推力，需要严格限制内推杆36的径向运动，因此在内推杆36的下表面加工有定位平面，支撑导向套37内表面同时加工有与之配合的定位平面，两个加工面的配合严格限制了内推杆36在径向方向的运动，使得内推杆36只能做直线运动。

定位压紧模块2包括压紧操作杆21、压紧组件22、定位楔形块23、弧形压紧块24和压紧支板25，外套筒35的外围固定连接至压紧支板25的内圈，压紧支板25的一侧铰接至压紧组件22的一侧，压紧支板25的另一侧设置弧形压紧块24，压紧组件22是现有技术的好手式铰接压紧结构，压紧组件22的上端设置压紧操作杆21，压紧组件22的下端设置定位楔形块23，定位楔形块23和弧形压紧块24紧密贴合至末端执行器6的侧壁，用于固定丝杠模块3和末端执行器6的相对位置，压紧操作杆21的直径及长度满足人机工效学的相关要求，具体操作过程为：工作人员将定位压紧模块2的楔形块靠近机械臂末端执行器6内壁凸台进行定位，上推压紧操作杆21，压紧组件22连接着的弧形压紧块24会抱紧机械臂末端执行器6外弧面，从而实现整个直线推杆工具的定位、压紧及固定连接。

固定锁头模块4包括C型锁体41、扭转弹簧、销轴42和单向摆杆43，C型锁体41的外围固定连接至内推杆36的一端，C型锁体41上设有捕获槽，且捕获槽是非圆形的敞口槽，所示敞口的两侧壁分别通过一个轴销铰接一个单向摆杆43，两个单向摆杆43对称设置，每个轴销外围设置一个扭转弹簧，扭转弹簧用于复位单向摆杆43的相对位置，固定锁头模块4的工作方式为：操作者抓住直线推杆维修工具抓持位置，将固定锁头模块4C型锁体41的开口方向对准捕获杆8，将固定锁头模块4靠近捕获杆8直至捕获杆8顶开两侧的单向摆杆43进入固定锁头内部，两侧单向摆杆43脱离捕获杆8后会自动归位，从而避免了直线推杆工具在操作过程中与捕获杆8脱开的风险。

一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具的工作过程：

该实施例利用常用驱动电机7作为动力源对捕获杆8与机械臂末端缠绕钢丝绳进行反驱解锁，机械臂末端执行器6与适配器5的连接方式如图10和图11所示，整个解锁过程为：首先利用直线推杆工具的,固定锁头模块4扣住捕获杆8，固定锁头的单向摆杆43在扣入过程中被压至锁头内部，待捕获杆8完全进入锁头内部后，单向摆杆43在扭转弹簧的作用力下被弹回，限制了捕获杆8向外运动；然后工作人员将直线推杆工具前推，直到定位压紧模块2的定位楔形块23位于机械臂末端内壁以内，然后将直线推杆工具靠近机械臂末端执行器6，将定位楔形块23与机械臂末端内壁凸台进行贴合，然后向外拉整个工具，此时定位楔形块23卡在内壁凸台上，然后将压紧操作杆21向上推，此时压紧组件22的弧形压紧块24贴到机械臂末端外壁并实现压紧。

随后将安装有快接母头11的驱动电机7与直线推杆工具快接公头12正对，将快接公头12对准快接母头11中间孔位，对准过程中主要保证驱动电机7的电机传动轴113的方轴部分对准工具的第一传动轴121的方形孔，然后将快接母头11靠近快接公头12直至公头端定位块124贴至母头端面，随后手持驱动电机7进行旋转,直到快接公头12的三个定位块124对准快接母头11压紧端盖117的三个滑槽112，此时定位块124会挤压限位压盖116从而压缩复位弹簧115，待限位压盖116到达极限位置时将带有快接母头11的驱动电机7旋转90度，此时在复位弹簧115的作用下，快接公头12部分的三个限位凸台会卡入快接母头11压紧端盖117的另一侧的滑槽112内，从而完成公头端与母头端的连接，同时保证了内部的动力传动，此时驱动电机7的外壳、维修专用工具的外套筒35、定位压紧模块2均与机械臂末端连接固定，驱动电机7的输出轴通过快接接口的第一传动轴121、万向联轴器32、梯形丝杠33将动力输出为捕获杆8固定锁头的推力，此刻启动驱动电机7后，电机传动轴113带动万向联轴器32从而带动梯形丝杠33实现了内推杆36的直线运动，整个解锁过程驱动电机7的作用力实现了力闭环，对于操作者无反作用力，待钢丝绳反驱完成后，机械臂末端向下移动，适配器5捕获杆8从钢丝绳内部孔退出，从而实现机械臂末端与适配器5的解锁完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，其特征在于：包括快接模块(1)、定位压紧模块(2)、丝杠模块(3)和固定锁头模块(4)，丝杠模块(3)的一端设置固定锁头模块(4)，且固定锁头模块(4)可拆卸连接至末端执行器(6)的捕获杆外围，丝杆模块(3)的另一端通过快接模块(1)固定连接至驱动电机(7)，丝杠模块(3)的外围固定套接至定位压紧模块(2)，且定位压紧模块(2)用于固定丝杠模块(3)和末端执行器(6)的相对位置；

快接模块(1)包括快接母头(11)和快接公头(12)，快接母头(11)包括连接法兰(111)、电机传动轴(113)、外连接套筒(114)、复位弹簧(115)、限位压盖(116)和压紧端盖(117)，外连接套筒(114)的下端通过连接法兰(111)固定连接至驱动电机(7)的外围，电机传动轴(113)位于外连接套筒(114)的内圈，且外连接套筒(114)内设置限位压盖(116)，限位压盖(116)的一端固定连接至复位弹簧(115)的一端，复位弹簧(115)的另一端固定连接至外连接套筒(114)的内侧壁，限位压盖(116)的另一端抵接至压紧端盖(117)的一端，压紧端盖(117)的外围固定连接至外连接套筒(114)的上端；

快接公头(12)包括第一传动轴(121)、外导向阶梯座(122)和第一轴承(123)，第一传动轴(121)的外围通过第一轴承(123)转动连接至外导向阶梯座(122)的内圈，第一传动轴(121)的一端可拆卸连接至电机传动轴(113)，第一传动轴(121)的另一端固定连接至丝杠模块(3)内部设置的梯形丝杠(33)；

丝杠模块(3)包括梯形丝杠(33)、外套筒(35)、第二轴承(34)、内推杆(36)和支撑导向套(37)，外套筒(35)的一端固定连接至外导向阶梯座(122)的一端，外套筒(35)的另一端内圈设置支撑导向套(37)，梯形丝杠(33)位于外套筒(35)的内圈，梯形丝杠(33)的一端固定连接至第一传动轴(121)的一端，梯形丝杠(33)的外围通过第二轴承(34)转动套接至外套筒(35)的内圈，内推杆(36)的内圈螺纹连接至梯形丝杠(33)的外围，内推杆(36)的外围滑动连接至支撑导向套(37)的内圈；

定位压紧模块(2)包括压紧操作杆(21)、压紧组件(22)、定位楔形块(23)、弧形压紧块(24)和压紧支板(25)，外套筒(35)的外围固定连接至压紧支板(25)的内圈，压紧支板(25)的一侧铰接至压紧组件(22)的一侧，压紧支板(25)的另一侧设置弧形压紧块(24)，压紧组件(22)的上端设置压紧操作杆(21)，压紧组件(22)的下端设置定位楔形块(23)，定位楔形块(23)和弧形压紧块(24)紧密贴合至末端执行器(6)的侧壁，用于固定丝杠模块(3)和末端执行器(6)的相对位置；

固定锁头模块(4)包括C型锁体(41)、扭转弹簧、销轴(42)和单向摆杆(43)，C型锁体(41)的外围固定连接至内推杆(36)的一端，C型锁体(41)上设有捕获槽，且捕获槽是非圆形的敞口槽，敞口的两侧壁分别通过一个轴销(42)铰接一个单向摆杆(43)，两个单向摆杆(43)对称设置，每个销轴(42)外围设置一个扭转弹簧，扭转弹簧用于复位单向摆杆(43)的相对位置。

2.根据权利要求1所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，其特征在于：外导向阶梯座(122)的一端外围沿周向均布若干定位块(124)，压紧端盖(117)内圈沿径向设有若干滑槽(112)，且定位块(124)和滑槽(112)一一对应，在快接母头(11)和快接公头(12)连接状态下，定位块(124)位于压紧端盖(117)和限位压盖(116)之间。

3.根据权利要求1所述的一种应用于空间机械臂故障维修的直线推杆工具，其特征在于：外套筒(35)的一端通过外侧弯管(31)固定连接至外导向阶梯座(122)的一端，且外侧弯管(31)内设置万向联轴器，梯形丝杠(33)的一端通过万向联轴器(32)固定连接至第一传动轴(121)的一端。