一种航天器用自导向大容错同构接口及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种航天器用自导向大容错同构接口及其使用方法，电机经蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮通过蜗轮键带动支撑套筒转动，支撑套筒转动首先带动内转筒转动，内转筒的运动通过啮合的导向板驱动杆、导向板推杆、转动销将导向板推出，同时，锁紧定位销由支撑套筒推出，二者均达到极限工位后，电机停止，接口对正后，电机再次启动，支撑套筒通过驱动杆带动啮合的伸缩套移动，连接键将卡住锁紧套的凹陷部，从而完成锁紧。本发明专利技术可实现航天器间对接初始偏差较大时的自导向容错对接，实现多面对接情况下的多角度的对接；接口结构简单，锁紧力大，尺寸紧凑，可满足航天器的高可靠性、大容错对接；同时控制简单，能耗低，可节约实际航天器对接的任务成本。

A Self-Guided Fault-Tolerant Isomorphic Interface for Spacecraft and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种航天器用自导向大容错同构接口及其使用方法
本专利技术涉及航天器对接领域，特别涉及一种航天器同构接口。
技术介绍
模块化航天器以其低成本、高可靠性、大柔性、研发周期快的特点，成为未来航天器发展的趋势。接口担负着模块化航天器物理连接与分离、通信、热交换等重要任务，是模块化航天器研究的重点。随着未来模块化航天器和空间装配技术对快换、集成、通用、高可靠、大容错的要求增加，通用性好、高度集成的完全同构对接接口，成为未来接口技术发展的重要方向。目前最新的完全同构一体化接口方案，如“DesignandQualificationofaMultifunctionalInterfaceforModularSatelliteSystems(MartinKortmanna，2018)”、“Conceptsofactivepayloadmodulesandend-effectorssuitableforstandardinterfaceforRoboticManipulationofPayloadsinFutureSpaceMissionsinterface(MarkoJankovic，2018)”和“Multi-FunctionalInterfaceforFlexibilityandReconfigurabilityofFutureEuropeanSpaceRoboticSystems(JavierVinals，2018)”，尽管实现了机电数热集成、多角度对接、完全同构等功能，但对接容错能力较差，当前对接容错均不超过±3mm/5°，因此需要较高的初始对接精度，必须采用手眼视觉或臂眼视觉，增加了空间机械臂的控制难度。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种航天器用自导向大容错同构接口，使用该接口可实现不需要视觉系统配合情况下航天器间对接初始偏差较大时的自导向容错对接。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种航天器用大容错自导向同构接口，包括：导向机构、定位机构、锁紧机构、传动机构、支撑座和电机；其中，导向机构包括导向锥孔、导向板、导向板连接板、导向板推杆、导向板驱动杆和转动销、内转筒、锁紧螺纹组和导向螺纹组；定位机构包括锁紧定位销、定位销挡板和紧定螺钉；锁紧机构包括伸缩套、驱动杆和锁紧套；传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗轮键、支撑套筒和传动螺栓组；所述导向机构中，导向板通过导向板连接板连接在导向锥孔上，导向锥孔形成一个圆环，导向板聚拢后形成一个锥形，锥孔压槽均布于圆环的下表面，且在圆环下表面上形成下凹台阶，导向锥孔定位孔位于导向锥孔圆环的下表面的台阶的高平面上，在每个锥孔压槽上均布若干个连接板锁紧孔；每个导向板通过导向板推杆连接在转动销上，转动销另外一端连接导向板驱动杆，导向板通过锁紧螺纹组和导向螺纹组固定在导向锥孔，驱动杆与内转筒的滑槽啮合，内转筒直径小于支撑套筒和伸缩套，并位于支撑套筒和伸缩套内，通过传动螺栓组与支撑套筒连接；所述锁紧机构中，伸缩套为一个中空柱体，且中空柱体的一段设置有连接键，连接键的横截面为前大后小的梯形截面，连接键与锁紧套背面的凹陷部具有相同的截面形状，驱动杆固定孔均布于伸缩套的内壁，初始状态连接键位于锁紧套的外表面的后方，两个航天器用大容错自导向同构接口对接时，其中航天器用大容错自导向同构接口A的伸缩套的连接键沿轴向伸出，达到指定伸出量后，开始在端面内转动，待转动至与航天器用大容错自导向同构接口B的锁紧套的凹陷部处于可对接状态时停止，连接键缩回，凹陷部和连接键结合实现锁紧，驱动杆用以连接伸缩套和支撑套筒，支撑套筒通过驱动杆内滑道和驱动杆外滑道带动驱动杆，驱动杆与伸缩套中的驱动杆固定孔啮合，从而实现由支撑套筒驱动伸缩套运动；所述定位机构中，锁紧定位销位于锁紧套的外侧表面，紧定螺钉将定位销挡板固定在锁紧套的内侧表面上，位置与外侧表面的锁紧定位销相对应；所述传动机构中，蜗轮环绕在支撑套筒外围，蜗轮上设有蜗轮键、在支撑套筒的外平面上设有传动螺栓组；电机通过蜗杆安装在支撑座上，支撑座与锁紧套的平面垂直固连，从而实现电机与传动机构的连接；支撑套筒通过传动螺栓组与内转筒连接，从而实现传动机构和导向机构的连接；导向锥孔与锁紧套通过锁紧螺纹组连接，从而实现导向机构和锁紧机构的连接；伸缩套位于支撑套筒内，且通过驱动杆将二者连接，从而实现锁紧机构和传动机构的连接；整个定位机构通过紧定螺钉与锁紧套连接，并与支撑套筒之间通过锁紧定位销连接，从而实现定位机构的连接；导向板连接板扣压在锥孔压槽中，并通过导向锥孔定位孔、导向螺纹组与导向锥孔连接，同时导向板连接板通过转动销与导向板连接；所述导向机构采用可伸缩导向板原理，导向板接触面的曲率与对应的导向锥孔中导向截面的曲率相同，随着航天器用大容错自导向同构接口A的导向板逐渐深入航天器用大容错自导向同构接口B的导向锥孔，当航天器用大容错自导向同构接口A和航天器用大容错自导向同构接口B的实际接触面的曲率不相等时产生相对作用力，引导机械臂修正对接姿态，直至完全对接；航天器用大容错自导向同构接口的导向机构、锁紧机构、定位机构均采用一个电机统一驱动；其传动采用四层滑槽套筒形式，滑槽的相位设计允许在一个接口对接运动周期内导向板、锁紧定位销和伸缩套依次先后运动,电机控制三个不同的运动，先导向、再定位、后锁紧；传动方式为：导向板驱动杆与内转筒啮合，内转筒固连于支撑套筒，支撑套筒控制内转筒径向转动；锁紧定位销与支撑套筒啮合，伸缩套通过驱动杆与支撑套筒和锁紧套啮合；支撑套筒固连蜗轮，电机通过驱动啮合的蜗杆实现接口的所有运动。本专利技术还提供涉及航天器用大容错自导向同构接口的使用方法：航天器用大容错自导向同构接口在初始状态下，导向板完全收回于导向锥孔后方。对接开始时，两个航天器用大容错自导向同构接口处于初始状态，首先控制其中航天器用大容错自导向同构接口A的电机经蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮通过蜗轮键带动支撑套筒转动，支撑套筒转动首先带动内转筒转动，内转筒的运动通过啮合的导向板驱动杆、导向板推杆、转动销将导向板推出，同时，锁紧定位销由支撑套筒推出，二者均达到极限工位后，电机停止。此时带有力传感器的配合机械臂将通过力导引将航天器用大容错自导向同构接口对正。航天器用大容错自导向同构接口对正后，电机再次启动，支撑套筒通过驱动杆带动啮合的伸缩套移动，由于驱动杆同时与锁紧套啮合，伸缩套将先伸出后旋转再缩回，其连接键将卡住航天器用大容错自导向同构接口B的锁紧套的凹陷部，从而完成锁紧。所述锁紧套中，锁紧定位孔为圆形通孔，且均布于锁紧套外侧平面，导向锥孔锁紧孔均布于锁紧套的下凹台阶孔上，锁紧移动孔为Y形通孔，均布于锁紧套外侧平面，锁紧套滑槽为L型滑槽，位于锁紧套内筒侧壁。所述支撑套筒为中空柱体，中空柱体的一端的外沿向外凸出，支撑套筒的侧壁上设有定位销滑槽、驱动杆内滑道和驱动杆外滑道,定位销滑槽距离支撑套筒的前端面的距离由锁紧定位销的长度决定，驱动杆内滑道与驱动杆外滑道垂直相交，驱动杆内滑道的长度由伸缩套的对接时的最大伸出量决定，驱动杆外滑道的长度由导向机构的导向板伸出时间和定位机构的锁紧定位销伸出时间决定。所述航天器用大容错自导向同构接口的导向机构和锁紧机构均为轴对称和中心对称分布。所述航天器用大容错自导向同构接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航天器用自导向大容错同构接口，包括：导向机构、定位机构、锁紧机构、传动机构、支撑座和电机，其特征在于：导向机构包括导向锥孔、导向板、导向板连接板、导向板推杆、导向板驱动杆和转动销、内转筒、锁紧螺纹组和导向螺纹组；定位机构包括锁紧定位销、定位销挡板和紧定螺钉；锁紧机构包括伸缩套、驱动杆和锁紧套；传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗轮键、支撑套筒和传动螺栓组；所述导向机构中，导向板通过导向板连接板连接在导向锥孔上，导向锥孔形成一个圆环，导向板聚拢后形成一个锥形，锥孔压槽均布于圆环的下表面，且在圆环下表面上形成下凹台阶，导向锥孔定位孔位于导向锥孔圆环的下表面的台阶的高平面上，在每个锥孔压槽上均布若干个连接板锁紧孔；每个导向板通过导向板推杆连接在转动销上，转动销另外一端连接导向板驱动杆，导向板通过锁紧螺纹组和导向螺纹组固定在导向锥孔，驱动杆与内转筒的滑槽啮合，内转筒直径小于支撑套筒和伸缩套，并位于支撑套筒和伸缩套内,通过传动螺栓组与支撑套筒连接；所述锁紧机构中，伸缩套为一个中空柱体，且中空柱体的一段设置有连接键，连接键的横截面为前大后小的梯形截面，连接键与锁紧套背面的凹陷部具有相同的截面形状，驱动杆固定孔均布于伸缩套的内壁，初始状态连接键位于锁紧套的外表面的后方，两个航天器用大容错自导向同构接口对接时，其中航天器用大容错自导向同构接口A的伸缩套的连接键沿轴向伸出，达到指定伸出量后，开始在端面内转动，待转动至与航天器用大容错自导向同构接口B的锁紧套的凹陷部处于可对接状态时停止，连接键缩回，凹陷部和连接键结合实现锁紧，驱动杆用以连接伸缩套和支撑套筒，支撑套筒通过驱动杆内滑道和驱动杆外滑道带动驱动杆，驱动杆与伸缩套中的驱动杆固定孔啮合，从而实现由支撑套筒驱动伸缩套运动；所述定位机构中，锁紧定位销位于锁紧套的外侧表面，紧定螺钉将定位销挡板固定在锁紧套的内侧表面上，位置与外侧表面的锁紧定位销相对应；所述传动机构中，蜗轮环绕在支撑套筒外围，蜗轮上设有蜗轮键、在支撑套筒的外平面上设有传动螺栓组；电机通过蜗杆安装在支撑座上，支撑座与锁紧套的平面垂直固连，从而实现电机与传动机构的连接；支撑套筒通过传动螺栓组与内转筒连接，从而实现传动机构和导向机构的连接；导向锥孔与锁紧套通过锁紧螺纹组连接，从而实现导向机构和锁紧机构的连接；伸缩套位于支撑套筒内，且通过驱动杆将二者连接，从而实现锁紧机构和传动机构的连接；整个定位机构通过紧定螺钉与锁紧套连接，并与支撑套筒之间通过锁紧定位销连接，从而实现定位机构的连接；导向板连接板扣压在锥孔压槽中，并通过导向锥孔定位孔、导向螺纹组与导向锥孔连接，同时导向板连接板通过转动销与导向板连接；所述导向机构采用可伸缩导向板原理，导向板接触面的曲率与对应的导向锥孔中导向截面的曲率相同，随着航天器用大容错自导向同构接口A的导向板逐渐深入航天器用大容错自导向同构接口B的导向锥孔，当航天器用大容错自导向同构接口A和航天器用大容错自导向同构接口B的实际接触面的曲率不相等时产生相对作用力，引导机械臂修正对接姿态，直至完全对接；航天器用大容错自导向同构接口的导向机构、锁紧机构、定位机构均采用一个电机统一驱动；其传动采用四层滑槽套筒形式，滑槽的相位设计允许在一个接口对接运动周期内导向板、锁紧定位销和伸缩套依次先后运动,电机控制三个不同的运动，先导向、再定位、后锁紧；传动方式为：导向板驱动杆与内转筒啮合，内转筒固连于支撑套筒，支撑套筒控制内转筒径向转动；锁紧定位销与支撑套筒啮合，伸缩套通过驱动杆与支撑套筒和锁紧套啮合；支撑套筒固连蜗轮，电机通过驱动啮合的蜗杆实现接口的所有运动。...

【技术特征摘要】
1.一种航天器用自导向大容错同构接口，包括：导向机构、定位机构、锁紧机构、传动机构、支撑座和电机，其特征在于：导向机构包括导向锥孔、导向板、导向板连接板、导向板推杆、导向板驱动杆和转动销、内转筒、锁紧螺纹组和导向螺纹组；定位机构包括锁紧定位销、定位销挡板和紧定螺钉；锁紧机构包括伸缩套、驱动杆和锁紧套；传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗轮键、支撑套筒和传动螺栓组；所述导向机构中，导向板通过导向板连接板连接在导向锥孔上，导向锥孔形成一个圆环，导向板聚拢后形成一个锥形，锥孔压槽均布于圆环的下表面，且在圆环下表面上形成下凹台阶，导向锥孔定位孔位于导向锥孔圆环的下表面的台阶的高平面上，在每个锥孔压槽上均布若干个连接板锁紧孔；每个导向板通过导向板推杆连接在转动销上，转动销另外一端连接导向板驱动杆，导向板通过锁紧螺纹组和导向螺纹组固定在导向锥孔，驱动杆与内转筒的滑槽啮合，内转筒直径小于支撑套筒和伸缩套，并位于支撑套筒和伸缩套内,通过传动螺栓组与支撑套筒连接；所述锁紧机构中，伸缩套为一个中空柱体，且中空柱体的一段设置有连接键，连接键的横截面为前大后小的梯形截面，连接键与锁紧套背面的凹陷部具有相同的截面形状，驱动杆固定孔均布于伸缩套的内壁，初始状态连接键位于锁紧套的外表面的后方，两个航天器用大容错自导向同构接口对接时，其中航天器用大容错自导向同构接口A的伸缩套的连接键沿轴向伸出，达到指定伸出量后，开始在端面内转动，待转动至与航天器用大容错自导向同构接口B的锁紧套的凹陷部处于可对接状态时停止，连接键缩回，凹陷部和连接键结合实现锁紧，驱动杆用以连接伸缩套和支撑套筒，支撑套筒通过驱动杆内滑道和驱动杆外滑道带动驱动杆，驱动杆与伸缩套中的驱动杆固定孔啮合，从而实现由支撑套筒驱动伸缩套运动；所述定位机构中，锁紧定位销位于锁紧套的外侧表面，紧定螺钉将定位销挡板固定在锁紧套的内侧表面上，位置与外侧表面的锁紧定位销相对应；所述传动机构中，蜗轮环绕在支撑套筒外围，蜗轮上设有蜗轮键、在支撑套筒的外平面上设有传动螺栓组；电机通过蜗杆安装在支撑座上，支撑座与锁紧套的平面垂直固连，从而实现电机与传动机构的连接；支撑套筒通过传动螺栓组与内转筒连接，从而实现传动机构和导向机构的连接；导向锥孔与锁紧套通过锁紧螺纹组连接，从而实现导向机构和锁紧机构的连接；伸缩套位于支撑套筒内，且通过驱动杆将二者连接，从而实现锁紧机构和传动机构的连接；整个定位机构通过紧定螺钉与锁紧套连接，并与支撑套筒之间通过锁紧定位销连接，从而实现定位机构的连接；导向板连接板扣压在锥孔压槽中，并通过导向锥孔定位孔、导向螺纹组与导向锥孔连接，同时导向板连接板通过转动销与导向板连接；所述导向机构采用可伸缩导向板原理，导向板接触面的曲率与对应的导向锥孔中导向截面的曲率相同，随着航天器用大容错自导向同构接口A的导向板逐渐深入航天器用大容错自导向同构接口B的导向锥孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄攀峰，王通，张夷斋，周合，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61