一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口和快换方法技术

一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口和快换方法，属于空间在轨服务技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口和快换方法


[0001]本专利技术属于空间在轨服务
，涉及一种快换接口，具体是指一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口和快换方法
。

技术介绍

[0002]空间在轨服务技术是当今世界各国竞相竞争的高地，也是衡量一个国家综合国力的重要标志
。
空间操控是空间在轨服务技术的重要能力，因其能代替人类完成空间站的组装
、
装配与维护维修
、
轨道垃圾清理
、
太空资产维护，以及抓捕
、
释放
、
回收卫星等高度复杂的任务，所以对其技术的研究与开发一直是航天科技大国关注的热点
。
[0003]在轨服务任务中，被捕获的目标航天器大部分为合作目标
。
即合作目标具有合作性，它们通常安装有用于测量的特征和机械臂抓持或对接的装置
。
然而通常的机器人末端手爪装置和抓捕手柄通常体积
、
尺寸较大，结构较复杂，例如中国专利“CN102514015A”公开的“三指形抓捕定位机构”，整体体积较大，结构复杂，这极大地限制了其使用条件
。
随着对体积
、
尺寸和质量较小接口的迫切需求，开发通用的体积
、
尺寸和质量较小的适用于在轨操控的标准接口技术已迫在眉睫，也是在轨服务的一项关键技术，存在着巨大挑战
。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决现有的空间对接接口体积
、
尺寸较大，结构复杂的问题；进而提供一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口和快换方法
。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0006]一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，所述的快换接口包括主动锁紧机构和被动锁紧机构；所述的主动锁紧机构包括支撑框架
、
电磁失电式制动组件
、
动板
、
锁紧钢球和回复组件；所述的动板同轴安装在电磁失电式制动组件的吸合端，并沿着电磁失电式制动组件的轴线方向上下移动，所述的电磁失电式制动组件和动板均为圆环形结构，并固定安装在支撑框架内，电磁失电式制动组件和动板的中心通孔与支撑框架的底壁之间形成一个轴向的插槽，用于被动锁紧机构的插装；所述动板的内圆周壁与支撑框架内的底壁之间形成一圈容纳槽，并与插槽相通；若干个所述的锁紧钢球周向均匀布置在容纳槽内；所述的回复组件均布在插槽的周围，并安装在电磁失电式制动组件的顶端面上；
[0007]所述的被动锁紧机构包括接口导向头
、
接口定位块和定位销，所述的接口定位块固定安装在接口导向头的顶部，所述的定位销均布在接口导向头的周围，并固定安装在接口定位块的底部；
[0008]在主动锁紧机构和被动锁紧机构锁紧过程中，所述的接口导向头插在插槽内，且定位销按压回复组件，锁紧钢球在动板的推力作用下被部分挤压出容纳槽，并插在接口导向头的定位锁紧段中，实现对被动锁紧机构的锁紧
。
[0009]优选地，所述的支撑框架为槽状，支撑框架内的底壁中心位置处开有一个凹槽和以凹槽为中心的环形限位槽；所述的凹槽处于插槽的正下方并与插槽成为一体；所述的环
形限位槽与动板的内圆周壁之间形成容纳槽，为锁紧钢球提供容置空间
。
[0010]优选地，所述环形限位槽的内环壁和外环壁高于支撑框架槽底所在的平面，所述电磁失电式制动组件的下端面与支撑框架上环形限位槽槽底之间的距离大于锁紧钢球的直径，电磁失电式制动组件的下端面与环形限位槽的内环壁和外环壁之间的距离均小于锁紧钢球的直径
。
[0011]优选地，所述的电磁失电式制动组件包括定子壳体
、
电磁线圈和压缩弹簧Ⅰ；所述的定子壳体为环形的壳体结构，动板同轴设置在定子壳体的底部，并滑动安装在定子壳体上；定子壳体的底部以中心通孔为中心开有一圈环形凹槽和若干个周向均匀设置的底部安装槽；所述的电磁线圈安装在环形凹槽内；每个底部安装槽内安装有一根轴向设置的压缩弹簧Ⅰ。
[0012]优选地，所述的电磁失电式制动组件还包括导向柱和锁紧螺母；所述定子壳体的顶部以中心通孔为圆心开有若干个周向均匀设置的顶部安装槽，每个顶部安装槽的槽底处开有一个贯穿于定子壳体底部的通孔；所述导向柱的一端设置有外螺纹，另一端设置有抵接部，导向柱的螺纹端依次穿过动板上的通孔和顶部安装槽槽底处的通孔，并与锁紧螺母螺接在一起；所述的导向柱与动板之间为间隙配合
。
[0013]优选地，所述定子壳体的顶部
、
以中心通孔为圆心对称开有两个带有轴肩的安装通孔；所述的回复组件安装在安装通孔内
。
[0014]优选地，所述的回复组件包括锥套
、
压缩弹簧Ⅱ和锁紧螺柱，所述的锥套
、
压缩弹簧Ⅱ和锁紧螺柱从定子壳体的底部依次插装在定子壳体的安装通孔内，所述的锥套与安装通孔为滑动连接，压缩弹簧Ⅱ的一端抵接在锥套的底面上，压缩弹簧Ⅱ的另一端抵接在锁紧螺柱的顶端面上，所述的锁紧螺柱螺接在安装通孔的内螺纹段上，实现回复组件整体的固定
。
[0015]优选地，所述动板的内环壁为锥面设计，且动板的扩口端朝向锁紧钢球
。
[0016]优选地，所述定子壳体的顶部径向开有一个贯穿于中心通孔的
V
形槽，所述的接口定位块采用
V
型设计，并与定子壳体顶部的
V
形槽相配合，实现被动锁紧机构和主动锁紧机构锁紧时角度的定位
。
[0017]一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换方法，具体快换过程如下：
[0018]S1
，初始阶段：
[0019]所述的电磁线圈始终处于通电状态，并产生电磁吸合力，动板克服压缩弹簧Ⅰ的弹力并吸合在定子壳体的下端面处，此时锁紧钢球处于环形限位槽与动板内环壁所形成的容纳槽内；
[0020]S2
，对接锁紧阶段：
[0021]S21
，空间机械臂带动主动锁紧机构朝向被动锁紧机构侧移动，被动锁紧机构中的接口导向头插入到电磁失电式制动组件与动板所形成的插槽内；同时被动锁紧机构上的两个定位销挤压回复组件，回复组件存储一定的预紧力；
[0022]S22
，当接口导向头的定位锁紧段正对容纳槽时，锁紧钢球处于支撑框架上的环形限位槽
、
动板的内环壁和接口导向头的定位锁紧段包围圈中，并处于自由移动状态；
[0023]S23
，电磁线圈断电，电磁吸合力消失，处于压缩状态的压缩弹簧Ⅰ为动板提供向下的推力，动板轴向向下移动，并对锁紧钢球产生径向的推动力，锁紧钢球的一部分伸出容纳
槽，并插在被动锁紧机构的定位锁紧段中，此时锁紧钢球分别与支撑框架上的环形限位槽
、
动板的内环壁和接口导向头的定位锁紧段相接触，并保持固定不动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述的快换接口包括主动锁紧机构
(1)
和被动锁紧机构
(2)
；所述的主动锁紧机构
(1)
包括支撑框架
(11)、
电磁失电式制动组件
(12)、
动板
(13)、
锁紧钢球
(14)
和回复组件
(15)
；所述的动板
(13)
同轴安装在电磁失电式制动组件
(12)
的吸合端，并沿着电磁失电式制动组件
(12)
的轴线方向上下移动，所述的电磁失电式制动组件
(12)
和动板
(13)
均为圆环形结构，并固定安装在支撑框架
(11)
内，电磁失电式制动组件
(12)
和动板
(13)
的中心通孔与支撑框架
(11)
的底壁之间形成一个轴向的插槽
(16)
，用于被动锁紧机构
(2)
的插装；所述动板
(13)
的内圆周壁与支撑框架
(11)
内的底壁之间形成一圈容纳槽，并与插槽
(16)
相通；若干个所述的锁紧钢球
(14)
周向均匀布置在容纳槽内；所述的回复组件
(15)
均布在插槽
(16)
的周围，并安装在电磁失电式制动组件
(12)
的顶端面上；所述的被动锁紧机构
(2)
包括接口导向头
(21)、
接口定位块
(22)
和定位销
(23)
，所述的接口定位块
(22)
固定安装在接口导向头
(21)
的顶部，所述的定位销
(23)
均布在接口导向头
(21)
的周围，并固定安装在接口定位块
(22)
的底部；在主动锁紧机构
(1)
和被动锁紧机构
(2)
锁紧过程中，所述的接口导向头
(21)
插在插槽
(16)
内，且定位销
(23)
按压回复组件
(15)
，锁紧钢球
(14)
在动板
(13)
的推力作用下被部分挤压出容纳槽，并插在接口导向头
(21)
的定位锁紧段
(212)
中，实现对被动锁紧机构
(2)
的锁紧
。2.
根据权利要求1所述的一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述的支撑框架
(11)
为槽状，支撑框架
(11)
内的底壁中心位置处开有一个凹槽
(111)
和以凹槽
(111)
为中心的环形限位槽
(112)
；所述的凹槽
(111)
处于插槽
(16)
的正下方并与插槽
(16)
成为一体；所述的环形限位槽
(112)
与动板
(13)
的内圆周壁之间形成容纳槽，为锁紧钢球
(14)
提供容置空间
。3.
根据权利要求2所述的一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述环形限位槽
(112)
的内环壁和外环壁高于支撑框架
(11)
槽底所在的平面，所述电磁失电式制动组件
(12)
的下端面与支撑框架
(11)
上环形限位槽
(112)
槽底之间的距离大于锁紧钢球
(14)
的直径，电磁失电式制动组件
(12)
的下端面与环形限位槽
(112)
的内环壁和外环壁之间的距离均小于锁紧钢球
(14)
的直径
。4.
根据权利要求1所述的一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述的电磁失电式制动组件
(12)
包括定子壳体
(122)、
电磁线圈
(123)
和压缩弹簧Ⅰ(124)
；所述的定子壳体
(122)
为环形的壳体结构，动板
(13)
同轴设置在定子壳体
(122)
的底部，并滑动安装在定子壳体
(122)
上；定子壳体
(122)
的底部以中心通孔
(1221)
为中心开有一圈环形凹槽
(1222)
和若干个周向均匀设置的底部安装槽
(1223)
；所述的电磁线圈
(123)
安装在环形凹槽
(1222)
内；每个底部安装槽
(1223)
内安装有一根轴向设置的压缩弹簧Ⅰ(124)。5.
根据权利要求4所述的一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述的电磁失电式制动组件
(12)
还包括导向柱
(126)
和锁紧螺母
(127)
；所述定子壳体
(122)
的顶部以中心通孔
(1221)
为圆心开有若干个周向均匀设置的顶部安装槽
(1224)
，每个顶部安装槽
(1224)
的槽底处开有一个贯穿于定子壳体
(122)
底部的通孔；所述导向柱
(126)
的一端设置有外螺纹，另一端设置有抵接部，导向柱
(126)
的螺纹端依次穿过动板
(13)
上的通孔和顶部安装槽
(1224)
槽底处的通孔，并与锁紧螺母
(127)
螺接在一起；所述的
导向柱
(126)
与动板
(13)
之间为间隙配合
。6.
根据权利要求4所述的一种电磁失电式空间在轨操控的载荷快换接口，其特征在于：所述定子壳体
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永军，杨国财，曹宝石，史士财，樊绍巍，金明河，刘宏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：