一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置及方法，装置包括卫星、卫星底面组件和安装在载荷平台上的电磁铁组件、传动锁紧组件和导向组件；通过空间机械臂带动卫星进入四组导向组件的捕获范围，待卫星触发设置在导向组件上的微动开关时对电磁铁组件和电机通电，电磁铁组件吸引卫星底面组件，电机正转输出动力通过传动锁紧组件实现卫星底面组件与传动锁紧组件的捕获，直至完全锁紧时，电磁铁组件断电和电机停止；解锁时，对电磁铁组件和电机通电，电磁铁组件吸引卫星底面组件的同时电机反转，解锁卫星底面组件与传动锁紧组件，再次对电磁铁组件断电，卫星与载荷平台分离。本发明专利技术具有低冲击、轻量化、通用化及可重复使用特点。可重复使用特点。可重复使用特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置及方法


[0001]本专利技术属于空间非火工连接分离装置
，尤其是涉及一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置及方法。

技术介绍

[0002]随着航天任务的多元化，利用多个微小卫星在轨完成特殊任务将成为未来航天发展的趋势之一。飞行器发射和在轨飞行过程中，连接分离释放装置将微小卫星与载荷平台可靠地锁紧为一个整体，从而有效地抵抗发射过程中恶劣的力学环境。当收到分离释放指令后，连接分离装置应能解除对微小卫星的约束并将其以一定位姿和速度弹射出去。目前，航天领域常用的连接分离释放装置是压紧杆与火工切割器构成的压紧机构，其火工原理决定了工作的不可重复性与高冲击特性。因此，为推动微小卫星在未来航天任务中发挥更大的作用，改善其发射和再入过程的力学环境，实现对微小卫星的低冲击重复锁紧与分离释放，研制符合要求的非火工低冲击可重复连接分离与释放装置是亟需解决的问题。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置及方法，具有低冲击、轻量化、通用化及可重复使用的特点，满足航天领域应用要求。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0005]一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，包括卫星、卫星底面组件和安装在载荷平台上的电磁铁组件、传动锁紧组件和导向组件，所述的卫星底面组件安装在卫星的底面，所述的传动锁紧组件设置在载荷平台的中部，所述的电磁铁组件设置两组，且分别布置在传动锁紧组件的两侧，所述的导向组件设置四组，且分别安装在载荷平台的四角位置；
[0006]通过空间机械臂带动卫星进入四组导向组件的捕获范围，待卫星触发设置在导向组件上的微动开关时对电磁铁组件通电，同时启动传动锁紧组件中的电机，电磁铁组件吸引卫星底面组件，同时电机正转输出动力通过传动锁紧组件实现卫星底面组件与传动锁紧组件的捕获，直至完全锁紧时，电磁铁组件断电和电机停止正转；
[0007]解锁时，对电磁铁组件通电同时启动传动锁紧组件中的电机，电磁铁组件吸引卫星底面组件，同时电机反转，解锁卫星底面组件与传动锁紧组件，再次对电磁铁组件断电，卫星与载荷平台分离。
[0008]进一步的，所述的卫星底面组件包括四个斜面压紧块、锁紧螺杆和两个钢片；所述锁紧螺杆布置在卫星的底面中心处，四个斜面压紧块布置在卫星的底面四角处，两个钢片对称设置在锁紧螺杆的两侧。
[0009]进一步的，所述导向组件包括导向片、锁紧支座、分离弹簧和压力传感器，所述锁紧支座固定在载荷平台上，在锁紧支座位于外侧的两侧面上分别安装一个导向片；在锁紧支座上开设有容纳分离弹簧和压力传感器的凹槽，分离弹簧的下端与压力传感器连接，上
端为自由端，分离弹簧的自由端伸出凹槽设置，所述微动开关安装在导向片上，所述微动开关用于检测卫星的位置，锁紧支座上部形状与斜面压紧块的形状相适应。
[0010]进一步的，所述电磁铁组件包括电磁铁、电磁铁支座和压缩弹簧，所述电磁铁支座安装在载荷平台上，在电磁铁内部设有容纳压缩弹簧的滑槽，电磁铁的下端伸入滑槽内并与压缩弹簧的上端连接，压缩弹簧的下端和电磁铁支座相连，所述电磁铁能沿着电磁铁支座内的滑槽上下浮动，通电时，电磁铁吸引卫星底面上相对应位置的钢片。
[0011]进一步的，所述传动锁紧组件包括蜗杆、蜗轮、直齿轮I、直齿轮II、锥齿轮I、锥齿轮II、钢丝绳、钢丝缠绕筒、传动轴和锁紧螺母，电机的输出轴与蜗杆连接，蜗杆与蜗轮形成蜗轮
‑
蜗杆传动副，所述蜗轮、直齿轮I和锁紧螺母均安装在同一根轴上，且锁紧螺母位于轴的最上端，涡轮设置在直齿轮I的下方，所述直齿轮I和直齿轮II形成直齿轮传动副，所述直齿轮II和锥齿轮I设置在同一轴上，所述锥齿轮I和锥齿轮II形成锥齿轮传动副，所述锥齿轮II安装在传动轴上，在传动轴的两端各安装一个钢丝缠绕筒，且在每个钢丝缠绕筒上均收卷有钢丝绳，且钢丝绳的自由端与相对应侧的电磁铁的底部相连。
[0012]进一步的，所述传动锁紧组件的力和运动的传递路径有两条，其中一条是电机的旋转运动经蜗杆、蜗轮传递给锁紧螺母，使锁紧螺母旋转，实现锁紧或释放锁紧螺杆；另一条是电机的旋转运动经蜗杆、蜗轮、直齿轮I、直齿轮II、锥齿轮I、锥齿轮II和传动轴传递给位于传动轴两端的钢丝缠绕筒，使两个钢丝缠绕筒旋转，实现钢丝绳的收卷和释放。
[0013]进一步的，所述导向片为薄金属片，导向片的下部呈平直状，上部为弯折状，且向远离卫星表面一侧弯折，两个导向片所形成的张开型结构使卫星矫正自身姿态。
[0014]进一步的，所述传动轴的两端各通过一轴承支座支撑。
[0015]进一步的，所述电磁铁为吸盘式电磁铁。
[0016]一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置的工作方法，具体包括以下步骤：
[0017]S1、重复锁紧过程：
[0018]S11、卫星的姿态调整过程，卫星在空间机械臂的作用下进入到导向片的捕获范围之内，空间机械臂机械带动卫星向下运动，导向片调正卫星的姿态；
[0019]S12、电磁铁主动吸附卫星过程，卫星到达一定位置后碰触导向片上安装的微动开关，卫星底部安装的两个钢片与处于伸出状态的电磁铁相接触，这时对电磁铁通电，两个电磁铁吸住卫星底面安装的两个钢片；
[0020]S13、锁紧螺母捕获锁紧螺杆过程，对电磁铁通电的同时电机正向旋转，分别经由两条运动传递路径同步传动至锁紧螺母和钢丝绳缠绕筒，使锁紧螺母和钢丝绳缠绕筒正向旋转，钢丝绳缠绕筒通过缠绕与电磁铁底部固连的钢丝绳拉动电磁铁克服压缩弹簧的作用向下运动，带动卫星沿着导向片持续向下运动直至锁紧螺杆进入锁紧螺母的捕获区域，转动的锁紧螺母与锁紧螺杆配合，此时四个锁紧支座内安装的处于伸出状态的分离弹簧逐渐被压缩；
[0021]S14、卫星到位锁定和位置检测过程，在电机的作用下锁紧螺母持续转动，带动锁紧螺杆竖直向下运动，使得卫星1底部的四个斜面压紧块与锁紧支座的斜面配合，实现卫星位姿的进一步调整，并对卫星提供向下的拉紧力，当四个压力传感器的反馈值大于等于目标值时，锁紧过程结束，将电磁铁和电机断电，实现卫星锁定在锁紧支座上；
[0022]S2、分离释放过程：
[0023]S21、卫星解锁过程，再次对电磁铁通电，电磁铁吸引卫星，同时电机反向转动，分别经两条运动传递路径同步传动至锁紧螺母和钢丝绳缠绕筒，使锁紧螺母和钢丝绳缠绕筒反向旋转，锁紧螺杆逐渐从锁紧螺母中旋出及释放与电磁铁固连的钢丝绳的共同作用下；在锁紧支座内安装的处于压缩状态的分离弹簧的使得卫星沿导向片向上运动；
[0024]S22、分离弹出过程，当锁紧螺杆完全脱离锁紧螺母时，分离弹簧使得卫星沿导向片继续向上运动，待卫星再次触发位于导向片上安装的微动开关时电磁铁瞬间断电，电磁铁对卫星的吸力消失，此时，四个锁紧支座内的分离弹簧仍然处于压缩状态；卫星在分离弹簧的推力的作用下沿导向片被弹出，分离释放过程结束。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，其特征在于：包括卫星(1)、卫星底面组件(2)和安装在载荷平台(6)上的电磁铁组件(3)、传动锁紧组件(4)和导向组件(5)，所述的卫星底面组件(2)安装在卫星(1)的底面，所述的传动锁紧组件(4)设置在载荷平台(6)的中部，所述的电磁铁组件(3)设置两组，且分别布置在传动锁紧组件(4)的两侧，所述的导向组件(5)设置四组，且分别安装在载荷平台(6)的四角位置；通过空间机械臂带动卫星(1)进入四组导向组件(5)的捕获范围，待卫星(1)触发设置在导向组件(5)上的微动开关(502)时对电磁铁组件(3)通电，同时启动传动锁紧组件(4)中的电机(401)，电磁铁组件(3)吸引卫星底面组件(2)，同时电机(401)正转输出动力通过传动锁紧组件(4)实现卫星底面组件(2)与传动锁紧组件(4)的捕获，直至完全锁紧时，电磁铁组件(3)断电和电机(401)停止正转；解锁时，对电磁铁组件(3)通电、同时启动传动锁紧组件(4)中的电机(401)，电磁铁组件(3)吸引卫星底面组件(2)，同时电机(401)反转，解锁卫星底面组件(2)与传动锁紧组件(4)，再次对电磁铁组件(3)断电，卫星(1)与载荷平台(6)分离。2.根据权利要求1所述的一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，其特征在于：所述的卫星底面组件(2)包括四个斜面压紧块(201)、锁紧螺杆(202)和两个钢片(203)；所述锁紧螺杆(202)布置在卫星(1)的底面中心处，四个斜面压紧块(201)布置在卫星(1)的底面四角处，两个钢片(203)对称设置在锁紧螺杆(202)的两侧。3.根据权利要求2所述的一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，其特征在于：所述导向组件(5)包括导向片(501)、锁紧支座(503)、分离弹簧(504)和压力传感器(505)，所述锁紧支座(503)固定在载荷平台(6)上，在锁紧支座(503)位于外侧的两侧面上分别安装一个导向片(501)；在锁紧支座(503)上开设有容纳分离弹簧(504)和压力传感器(505)的凹槽，分离弹簧(504)的下端与压力传感器(505)连接，上端为自由端，分离弹簧(504)的自由端伸出凹槽设置，所述微动开关(502)安装在导向片(501)上，所述微动开关(502)用于检测卫星(1)的位置，锁紧支座(503)上部形状与斜面压紧块(201)的形状相适应。4.根据权利要求3所述的一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，其特征在于：所述电磁铁组件(3)包括电磁铁(301)、电磁铁支座(302)和压缩弹簧(303)，所述电磁铁支座(302)安装在载荷平台(6)上，在电磁铁(301)内部设有容纳压缩弹簧(303)的滑槽，电磁铁(301)的下端伸入滑槽内并与压缩弹簧(303)的上端连接，压缩弹簧(303)的下端和电磁铁支座(302)相连，所述电磁铁(301)能沿着电磁铁支座(302)内的滑槽上下浮动，通电时，电磁铁(301)吸引卫星(1)底面上相对应位置的钢片(203)。5.根据权利要求4所述的一种基于螺旋传动的低冲击可重复连接分离释放装置，其特征在于：所述传动锁紧组件(4)包括蜗杆(402)、蜗轮(403)、直齿轮I(404)、直齿轮II(405)、锥齿轮I(406)、锥齿轮II(407)、钢丝绳(408)、钢丝缠绕筒(409)、传动轴(410)和锁紧螺母(411)，电机(401)的输出轴与蜗杆(402)连接，蜗杆(402)与蜗轮(403)形成蜗轮
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蜗杆传动副，所述蜗轮(403)、直齿轮I(404)和锁紧螺母(411)均安装在同一根轴上，且锁紧螺母(411)位于轴的最上端，涡轮(403)设置在直齿轮I(404)的下方，所述直齿轮I(404)和直齿轮II(405)形成直齿轮传动副，所述直齿轮II(405)和锥齿轮I(406)设置在同一轴上，所述锥齿轮I(406)和锥齿轮II(407)形成锥齿轮传动副，所述锥齿轮II(407)安装在传动轴
(410)上，在传动轴(410)的两端各安装一个钢丝缠绕筒(409)，且在每个钢丝缠绕筒(409)上均收卷有钢丝绳(408)，且钢丝绳(408)的自由端与相对应侧的电磁铁(301)的底部相连。6.根据权利要求5所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆一凡，杨逸斐，杨飞，岳洪浩，邵琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：