CN203593178U - 一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构，包括沿一轴线周向均匀分布的若干网爪开合机构，所述网爪开合机构包括网爪、支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构、底座和控制件，支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构和控制件设置在底座上，驱动机构与齿轮传动机构连接，齿轮传动机构与支撑辊子组件连接，限位件设置在支撑辊子组件的外侧，控制件设置在支撑辊子组件的内侧，网爪与支撑辊子组件连接，网爪可卷曲收纳在支撑辊子组件上或在支撑辊子组件上打开以实现捕获功能。与现有技术相比，本实用新型的半刚性网爪捕获机构可重复使用，且不需要相应的捕获接口以实现连接，提高了捕获机构的通用性。

Description

一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构

技术领域

本实用新型涉及一种捕获机构，特别涉及一种可实现旋转开合、卷曲收纳的半刚性网爪捕获机构，适用于对一些空间目标飞行器、太空垃圾碎片的捕获清理。

背景技术

目前，美国、俄罗斯和欧洲的航天部门出于不同目的，提出了多种多样的捕获机构，常见的空间捕获机构是网式捕获机构或爪式捕获机构，但是存在以下缺陷：网式捕获机构不可重复使用；爪式捕获机构要求被捕获飞行器提供相应的捕获接口以实现连接，严重限制了捕获机构的通用性。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构，以解决现有技术中的网式捕获机构不可重复使用；而爪式捕获机构要求被捕获飞行器提供相应的捕获接口以实现连接，严重限制了捕获机构的通用性的技术性问题。

本实用新型目的通过以下技术方案实现：

一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构，包括沿一轴线周向均匀分布的若干网爪开合机构，所述网爪开合机构包括网爪、支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构、底座和控制件，所述支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构和控制件设置在所述底座上，所述驱动机构与所述齿轮传动机构连接，所述齿轮传动机构与所述支撑辊子组件连接，所述限位件设置在所述支撑辊子组件的外侧，所述控制件设置在所述支撑辊子组件的内侧，所述网爪与所述支撑辊子组件连接，所述网爪可卷曲收纳在所述支撑辊子组件上或在所述支撑辊子组件上打开、转动以实现捕获功能。

优选地，所述网爪包括至少两根肋杆、连接网和连接杆，所述肋杆的一端与所述支撑辊子组件连接，另一端通过所述连接杆相互连接以形成网爪框，所述连接网与所述网爪框的边框连接，所述肋杆可卷曲收纳在所述支撑辊子组件上。

优选地，所述肋杆选自复合材料制成的可折叠的半刚性豆荚杆或类似钢卷尺结构的半刚性杆。

优选地，所述连接网由复合材料制成，可卷曲。

优选地，所述支撑辊子组件包括至少两个支撑辊子和连接轴，所述连接轴的两端分别与所述两个支撑辊子固定连接。

优选地，所述驱动机构包括电机。

优选地，所述齿轮传动机构包括至少两个相互啮合的齿轮，其中一齿轮通过联接件与所述电机连接，另一齿轮与所述连接轴固定连接。

优选地，所述网爪开合机构的个数为双数，所述网爪开合机构沿所述轴线周向对称分布。

优选地，所述限位件包括辅助压合辊子。

优选地，所述控制件包括行程开关，所述支撑辊子上设有可触动所述行程开关的凸台。

与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：

1、本实用新型的半刚性网爪捕获机构可重复使用，且不需要相应的捕获接口以实现连接，提高了捕获机构的通用性；

2、本实用新型的半刚性网爪捕获机构选取豆荚杆或者类似钢卷尺结构作为捕获网爪肋杆，充分利用了这种结构各项刚度方向异性的特点，大刚度方向用来完成对目标的捕获任务，小刚度方向来进行卷曲收纳动作，工作状态下刚度大、可靠性高，收纳时需求力矩小、功耗小、储存包络小；

3、本实用新型的半刚性网爪捕获机构可以在低功耗、轻质量的条件下，满足较宽泛的捕获初始条件，具有出色的捕获可靠性，且发射初速度小，不会影响搭载卫星的星载设备和装置，可避免飞行器的姿态严重波动；

4、通过本实用新型的半刚性网爪捕获机构，在保证较大捕获包络的条件下，尽可能的降低了机构的质量，并且不需要特殊的捕获接口，满足非合作性和可重复性捕获任务要求。

附图说明

图1为本实用新型的半刚性网爪捕获机构展开状态的示意图；

图2为本实用新型的半刚性网爪捕获机构收拢状态的示意图；

图3为本实用新型的网爪开合机构展开状态的示意图；

图4为本实用新型的网爪开合机构展开状态的示意图；

图5为本实用新型的网爪开合机构收拢状态的示意图；

图6为本实用新型的豆荚杆的卷曲收拢状态的示意图；

图7为本实用新型的豆荚杆展开状态的剖视图；

以上图中各零件的名称表示如下：

21——支撑辊子；

13——复合材料连接网；

11——肋杆（豆荚杆或类似钢卷尺结构）；

12——连接杆；

22——连接轴；

6——辅助压合辊子；

7——行程开关；

8——底座；

4——电机；

51、52——齿轮；

81——螺钉。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本实用新型。

请参阅图1-5，本实用新型的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，包括沿一轴线周向均匀分布的若干网爪开合机构10，网爪开合机构10包括网爪、支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构、底座8和控制件，支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构和控制件设置在底座8上，驱动机构与齿轮传动机构连接，齿轮传动机构与支撑辊子组件连接，限位件设置在支撑辊子组件的外侧，控制件设置在支撑辊子组件的内侧，网爪与支撑辊子组件连接，网爪可卷曲收纳在支撑辊子组件上或在支撑辊子组件上打开、转动以实现捕获功能。

在本实例中，驱动机构包括电机4，限位件包括辅助压合辊子6，控制件包括行程开关7。其中，底座8作为网爪开合机构的支撑件，兼具支撑各驱动、支撑部件的功能和与飞行器固连的机械接口。底座8与飞行器通过紧定螺钉81固定，辅助压合辊子6通过轴承固定在底座8相应的安装耳上，每个网爪开合机构有两个辅助压合辊子6，两个辅助压合辊子6分别对应网爪的两个肋杆11。行程开关7通过配套的接口螺钉与底座8固定连接。电机4通过轴承与底座8相应的安装耳固定连接。

请参阅图4，在本实例中，网爪包括至少两根肋杆11、连接网13和连接杆12，肋杆11的一端与支撑辊子组件连接，另一端通过连接杆12相互连接以形成网爪框，连接网13与网爪框的边框连接，肋杆11可卷曲收纳在支撑辊子组件上，如图5所示。

在本实例中，肋杆11选自复合材料制成的可折叠的半刚性豆荚杆或类似钢卷尺结构的半刚性杆，豆荚杆的结构如图6、7所示。连接网13由复合材料制成，可卷曲。

在本实例中，支撑辊子组件包括至少两个支撑辊子21和连接轴22，连接轴22的两端分别与两个支撑辊子21固定连接，支撑辊子21上设有可触动行程开关的凸台。连接轴22通过轴承与底座8相应的安装耳固定连接。支撑辊子21与连接轴22通过锁紧螺母和轴肩固定连接，支撑辊子21与肋杆11通过压合片和紧定螺钉固定连接，肋杆11与连接杆12通过紧定螺钉固定连接，连接网13通过铆钉与肋杆11、连接杆12固定连接。

在本实例中，齿轮传动机构包括至少两个相互啮合的齿轮51、52，其中一齿轮51通过联轴器与电机4连接，另一齿轮52与连接轴22固定连接。电机转动时带动齿轮51转动，从而带动齿轮52转动，使得连接轴22跟着转动，最终使得支撑辊子21转动以实现肋杆11的卷曲收纳、展开或转动。

在本实用新型中，网爪开合机构的个数为双数，网爪开合机构沿轴线周向对称分布。在本实例中，采用四个网爪开合机构的布局，但不限于四个，网爪开合机构呈周向布置，能够通过配合完成对目标的捕获任务即可。

采用上述技术方案后，本实用新型的半刚性网爪捕获机构可以做到质量不大于1kg，功耗不大于2W，并且通过仿真得到较为准确的捕获初始条件如表1所示。

表1 捕获初始条件

通过仿真、对比可以看出，本实用新型可以在低功耗、轻质量的条件下，满足较宽泛的捕获初始条件，具有出色的捕获可靠性。

运动和力的传动回路为：驱动电机4输出驱动力和运动通过齿轮传动机构输出到连接轴22上，从而实现驱动电机4到执行网爪的传动和传力过程。

网爪开合摆动极限位置的限定：网爪扣合捕获过程的极限位置通过支撑辊子21上的凸台触动行程开关7，行程开关7发信号给电机4使电机停止转动，完成捕获动作，防止了相对网爪的碰撞；网爪打开到极限位置继续运动时，肋杆11同辅助压合辊子6碰撞便会弯转，实现网爪的卷曲收纳。网爪打开、释放过程的极限位置通过软件控制实现，同时以辅助压合辊子6作为机械限位。

以下为本实用新型的半刚性网爪捕获机构的工作过程：

飞行器发射段，网爪呈收纳状态，网爪的肋杆11卷曲在支撑辊子21上，肋杆11的自由端靠肋杆的回复保持力压在辅助压合辊子6上。接收到准备捕获指令后，驱动电机4通过齿轮传动机构，把运动传递到连接轴22，最终带动网爪旋转打开，当网爪肋杆11旋转、脱离辅助压合辊子6后便恢复具有一定弧度的初始状态。完全打开后，便完成捕获准备动作。接收到对目标的捕获指令之后，驱动电机4通过齿轮传动机构、连接轴22，进一步带动整个网爪的旋转、闭合，直到支撑辊子21上的凸台碰到行程开关7上的弹簧压片，完成行程开关7的触发，驱动电机4停止运动，捕获动作完成。需要对捕获目标释放时，网爪动作同捕获动作相反，驱动电机反转，带动网爪打开，完成对目标的释放。网爪打开的极限位置为网爪肋杆11背面碰到辅助压合辊子6，如果此时电机继续旋转，则肋杆11弯曲、缠绕在支撑辊子21上，直到卷曲完成，则实现了网爪的卷曲收纳。

本实用新型的半刚性网爪捕获机构可重复使用，且不需要相应的捕获接口以实现连接，提高了捕获机构的通用性。本实用新型的半刚性网爪捕获机构选取豆荚杆或者类似钢卷尺结构作为捕获网爪肋杆，充分利用了这种结构各项刚度方向异性的特点，大刚度方向用来完成对目标的捕获任务，小刚度方向来进行卷曲收纳动作，工作状态下刚度大、可靠性高，收纳时需求力矩小、功耗小、储存包络小。

本实用新型的半刚性网爪捕获机构可以在低功耗、轻质量的条件下，满足较宽泛的捕获初始条件，具有出色的捕获可靠性，且发射初速度小，不会影响搭载卫星的星载设备和装置，可避免飞行器的姿态严重波动。

通过本实用新型的半刚性网爪捕获机构，在保证较大捕获包络的条件下，尽可能的降低了机构的质量，并且不需要特殊的捕获接口，满足非合作性和可重复性捕获任务要求。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，包括沿一轴线周向均匀分布的若干网爪开合机构，所述网爪开合机构包括网爪、支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构、底座和控制件，所述支撑辊子组件、限位件、驱动机构、齿轮传动机构和控制件设置在所述底座上，所述驱动机构与所述齿轮传动机构连接，所述齿轮传动机构与所述支撑辊子组件连接，所述限位件设置在所述支撑辊子组件的外侧，所述控制件设置在所述支撑辊子组件的内侧，所述网爪与所述支撑辊子组件连接，所述网爪可卷曲收纳在所述支撑辊子组件上或在所述支撑辊子组件上打开、转动以实现捕获功能。

2.如权利要求1所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述网爪包括至少两根肋杆、连接网和连接杆，所述肋杆的一端与所述支撑辊子组件连接，另一端通过所述连接杆相互连接以形成网爪框，所述连接网与所述网爪框的边框连接，所述肋杆可卷曲收纳在所述支撑辊子组件上。

3.如权利要求2所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述肋杆选自复合材料制成的可折叠的半刚性豆荚杆或类似钢卷尺结构的半刚性杆。

4.如权利要求2所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述连接网由复合材料制成，可卷曲。

5.如权利要求1所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述支撑辊子组件包括至少两个支撑辊子和连接轴，所述连接轴的两端分别与所述两个支撑辊子固定连接。

6.如权利要求5所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述驱动机构包括电机。

7.如权利要求6所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述齿轮传动机构包括至少两个相互啮合的齿轮，其中一齿轮通过联接件与所述电机连接，另一齿轮与所述连接轴固定连接。

8.如权利要求1所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述网爪开合机构的个数为双数，所述网爪开合机构沿所述轴线周向对称分布。

9.如权利要求1所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述限位件包括辅助压合辊子。

10.如权利要求5所述的可卷曲的半刚性网爪捕获机构，其特征在于，所述控制件包括行程开关，所述支撑辊子上设有可触动所述行程开关的凸台。

Images