專利名稱：空間微納星站的錐－桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種航天技術(shù)領(lǐng)域的對(duì)接與釋放設(shè)備，具體是一種空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
空間微納星站是指由數(shù)顆執(zhí)行不同任務(wù)或相同任務(wù)的小衛(wèi)星作為子星，有機(jī)組裝在一顆母星上，由運(yùn)載火箭一次發(fā)射升空的微小衛(wèi)星系統(tǒng)，而針對(duì)子星的天基對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)子星從母星內(nèi)釋放和子星與母星對(duì)接并收入存儲(chǔ)倉的關(guān)鍵部件。目前國際上的對(duì)接機(jī)構(gòu)普遍主要采用的有“錐-錐”型、異體同構(gòu)型、“桿-錐”型、撞鎖-抓手型等，針對(duì)無人航天器交會(huì)對(duì)接領(lǐng)域使用得最多的還是后兩種型式。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Ui Kyoichi等在Proceedings of the AsianConference on Multibody Dynamics(亞洲多體動(dòng)力學(xué)會(huì)議學(xué)報(bào))，vol.2002，page.558-563上發(fā)表了“Small Docking Mechanism for SmallMothership-Daughtership Satelliteson-ground experiments”(子母型納衛(wèi)星對(duì)接機(jī)構(gòu)的地面試驗(yàn))一文，該文提出了一種由六組圓周陣列分布的機(jī)械抓手組成的對(duì)接機(jī)構(gòu)，當(dāng)子星進(jìn)入有效范圍內(nèi)時(shí)，抓手迅速收縮以捕獲子星，并利用抓手上的滾輪引導(dǎo)其進(jìn)入母星艙體內(nèi)。其不足在于一套對(duì)接機(jī)構(gòu)只能對(duì)應(yīng)一顆子星，既增大了母星的體積，又增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，在吸收傳統(tǒng)“桿-錐”型和上文所述的子母星對(duì)接機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，主動(dòng)追蹤機(jī)構(gòu)由“桿”(星站)變?yōu)椤板F”(子星)，采用弱碰撞抓手的捕獲方式和穿桿爬行的入艙手段，實(shí)現(xiàn)微納星站單桿配置完成多個(gè)對(duì)接任務(wù)的要求，具備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高等性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括三部分第一部分為微納星站上的目標(biāo)機(jī)構(gòu)，包括接收桿、存儲(chǔ)艙和限位擋環(huán)，接收桿貫穿存儲(chǔ)艙的中軸線并延伸至艙外，限位擋環(huán)位于存儲(chǔ)艙的底部中心。
第二部分為子星上的追蹤機(jī)構(gòu)，包括對(duì)接錐、對(duì)接孔、抓手式主動(dòng)滾輪、從動(dòng)滾輪和限位緩沖柱，對(duì)接錐在子星的頂端，對(duì)接孔與對(duì)接錐的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動(dòng)滾輪分布于對(duì)接孔頂端的內(nèi)壁上，從動(dòng)滾輪布置于抓手式主動(dòng)滾輪后的對(duì)接孔內(nèi)壁上，各有四組，呈圓周分布，限位緩沖柱位于子星尾部。
第三部分為鎖緊機(jī)構(gòu)，包括鎖緊錨與環(huán)狀齒槽，兩者分別位于存儲(chǔ)艙的內(nèi)壁上和子星的外壁上。
本發(fā)明利用“錐-桿”接觸原理完成對(duì)接過程子星以一定的初速度接近微納星站伸出的接收桿，對(duì)接錐、接收桿碰撞后的接觸力驅(qū)使接收桿進(jìn)入子星的對(duì)接孔中，抓手式主動(dòng)滾輪隨即收縮，壓緊接收桿并轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)子星沿桿爬行，最終在從動(dòng)滾輪的輔助下，子星沿接收桿軸向進(jìn)入存儲(chǔ)艙內(nèi)，抓手式主動(dòng)滾輪碰到艙內(nèi)的限位擋環(huán)后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊錨迅速放下，嵌入子星外壁的環(huán)狀齒槽內(nèi)，完成鎖緊動(dòng)作。下一顆子星的對(duì)接過程完全類似，只不過上一顆子星尾部的限位緩沖柱取代了限位擋環(huán)的作用。子星的存儲(chǔ)方式類似堆棧結(jié)構(gòu)，遵循先入后出的原則。子星的釋放完全為逆過程子星解鎖，抓手式主動(dòng)滾輪反轉(zhuǎn)，子星沿接收桿軸向分離。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了單接收桿完成多個(gè)對(duì)接任務(wù)的要求，大大簡化了對(duì)接機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度；絕大部分的主動(dòng)機(jī)構(gòu)都布置在子星上，從而提高了微納星站的可靠性；接收桿既是對(duì)接部件，又是子星停靠的支架，有效的增加了星站的空間利用率；采用弱碰撞對(duì)接方式，無復(fù)雜的主動(dòng)控制系統(tǒng)，成本相對(duì)較低。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括存儲(chǔ)艙1、限位擋環(huán)2、接收桿3、對(duì)接錐4、對(duì)接孔5、抓手式主動(dòng)滾輪6、從動(dòng)滾輪7、限位緩沖柱8、鎖緊錨9與環(huán)狀齒槽10。接收桿3貫穿存儲(chǔ)艙1的中軸線并延伸至艙外，限位擋環(huán)2位于存儲(chǔ)艙1的底部中心。對(duì)接錐4在子星的頂端，對(duì)接孔5與對(duì)接錐4的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動(dòng)滾輪6分布于對(duì)接孔5頂端的內(nèi)壁上，從動(dòng)滾輪7布置于抓手式主動(dòng)滾輪6后的對(duì)接孔5內(nèi)壁上，限位緩沖柱8位于子星尾部。鎖緊錨9與環(huán)狀齒槽10分別位于存儲(chǔ)艙1的內(nèi)壁上和子星的外壁上。
所述存儲(chǔ)艙1，其結(jié)構(gòu)為圓柱腔體，作用是存儲(chǔ)對(duì)接后的子星，額定載荷為兩顆。
所述限位擋環(huán)2，作用是限定第一顆子星進(jìn)入艙內(nèi)的位置。
所述接收桿3，作為子星的捕獲桿兼?？恐Ъ?。
所述對(duì)接錐4，外形呈漏斗狀，錐面與錐體中心軸的夾角為45度，作用是引導(dǎo)接收桿3進(jìn)入對(duì)接孔5。
所述對(duì)接孔5，孔徑稍大于接收桿3的直徑，作用是讓子星能夠沿接收桿3穿行。
所述抓手式主動(dòng)滾輪6，共四組，呈圓周分布在對(duì)接孔5頂端的內(nèi)壁上，抓手式主動(dòng)滾輪6可沿徑向伸縮，作用是調(diào)整子星捕獲接收桿3后的姿態(tài)。
所述從動(dòng)滾輪7，共四組，呈圓周分布在抓手式主動(dòng)滾輪6后的對(duì)接孔5內(nèi)壁上，作用是輔助抓手式主動(dòng)滾輪6對(duì)子星進(jìn)行進(jìn)艙前的調(diào)姿。
所述限位緩沖柱8，共三個(gè)，呈圓周分布于子星尾部，作用是限定第二顆子星進(jìn)入艙內(nèi)的位置。
所述鎖緊錨9，共兩組，每組三個(gè)呈圓周分布于存儲(chǔ)艙1的內(nèi)壁上，使用時(shí)，鎖緊錨9嵌入環(huán)狀齒槽10內(nèi)，兩者相互契合完成子星入艙后的鎖緊動(dòng)作。
本實(shí)施例工作時(shí)，子星以一定的初速度接近微納星站伸出的接收桿3，對(duì)接錐4、接收桿3碰撞后的接觸力驅(qū)使接收桿3進(jìn)入子星的對(duì)接孔中，抓手式主動(dòng)滾輪6隨即收縮，壓緊接收桿3并轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)子星沿接收桿3爬行，最終在從動(dòng)滾輪7的輔助下，子星沿接收桿3軸向進(jìn)入存儲(chǔ)艙內(nèi)，抓手式主動(dòng)滾輪6碰到艙內(nèi)的限位擋環(huán)2后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，鎖緊錨9迅速放下，嵌入子星外壁的環(huán)狀齒槽10內(nèi)，完成鎖緊動(dòng)作。下一顆子星的對(duì)接過程完全類似，只不過上一顆子星尾部的限位緩沖柱8取代了限位擋環(huán)2的作用。子星的存儲(chǔ)方式類似堆棧結(jié)構(gòu)，遵循先入后出的原則。子星的釋放完全為逆過程子星解鎖，抓手式主動(dòng)滾輪6反轉(zhuǎn)，子星沿接收桿3軸向分離。
權(quán)利要求
1.一種空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，包括存儲(chǔ)艙(1)、抓手式主動(dòng)滾輪(6)、從動(dòng)滾輪(7)，其特征在于，還包括限位擋環(huán)(2)、接收桿(3)、對(duì)接錐(4)、對(duì)接孔(5)、限位緩沖柱(8)、鎖緊錨(9)與環(huán)狀齒槽(10)；接收桿(3)貫穿存儲(chǔ)艙(1)的中軸線并延伸至艙外，限位擋環(huán)(2)位于存儲(chǔ)艙(1)的底部中心，對(duì)接錐(4)在子星的頂端，對(duì)接孔(5)與對(duì)接錐(4)的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動(dòng)滾輪(6)分布于對(duì)接孔(5)頂端的內(nèi)壁上，從動(dòng)滾輪(7)布置于抓手式主動(dòng)滾輪(6)后的對(duì)接孔(5)內(nèi)壁上，限位緩沖柱(8)位于子星尾部，鎖緊錨(9)與環(huán)狀齒槽(10)分別位于存儲(chǔ)艙(1)的內(nèi)壁上和子星的外壁上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述存儲(chǔ)艙(1)，其結(jié)構(gòu)為圓柱腔體，存儲(chǔ)對(duì)接后的子星，額定載荷為兩顆子星。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述對(duì)接錐(4)，外形呈漏斗狀，錐面與錐體中心軸的夾角為45度，引導(dǎo)接收桿(3)進(jìn)入對(duì)接孔(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述對(duì)接孔(5)孔徑稍大于接收桿(3)的直徑，讓子星能夠沿接收桿(3)穿行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述抓手式主動(dòng)滾輪(6)，共四組，呈圓周分布在對(duì)接孔(5)頂端的內(nèi)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述抓手式主動(dòng)滾輪(6)可沿徑向收縮和張開，以調(diào)整子星捕獲接收桿(3)后的姿態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述從動(dòng)滾輪(7)，共四組，呈圓周分布在抓手式主動(dòng)滾輪(6)后的對(duì)接孔(5)內(nèi)壁上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述限位緩沖柱(8)，共三個(gè)，呈圓周分布于子星尾部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述鎖緊錨(9)，共兩組，每組三個(gè)呈圓周分布于存儲(chǔ)艙(1)的內(nèi)壁上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間微納星站的錐-桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，其特征是，所述鎖緊錨(9)嵌入環(huán)狀齒槽(10)內(nèi)，兩者相互契合完成子星入艙后的鎖緊動(dòng)作。
全文摘要
一種空間微納星站的錐－桿型對(duì)接與釋放機(jī)構(gòu)，應(yīng)用于航天領(lǐng)域。本發(fā)明中，接收桿貫穿存儲(chǔ)艙的中軸線并延伸至艙外，限位擋環(huán)位于存儲(chǔ)艙的底部中心，對(duì)接錐在子星的頂端，對(duì)接孔與對(duì)接錐的頂部相連，貫穿子星軸線，抓手式主動(dòng)滾輪分布于對(duì)接孔頂端的內(nèi)壁上，從動(dòng)滾輪布置于抓手式主動(dòng)滾輪后的對(duì)接孔內(nèi)壁上，限位緩沖柱位于子星尾部，鎖緊錨與環(huán)狀齒槽分別位于存儲(chǔ)艙的內(nèi)壁上和子星的外壁上。本發(fā)明的對(duì)接過程采用弱碰撞抓手的捕獲方式和穿桿爬行的入艙手段，子星存儲(chǔ)為堆棧式結(jié)構(gòu)，具備單桿配置完成多個(gè)對(duì)接任務(wù)的特性，簡化了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度，提高了微納星站的可靠性和空間利用率。
文檔編號(hào)B64G1/64GK101033009SQ20071003963
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者邵曉巍, 徐穎, 陳吉安, 段登平 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)