机电一体化通用对接装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机电一体化通用对接装置，在中心盘一侧沿中心盘原点对称布设锥孔和锥杆，锥杆头部为一蘑菇头，中心盘上与锥杆同一侧布设了数据接头和电源接头，中心盘外框内缠绕线圈；在中心盘另一侧的原点位置沿中心盘法线方向固连有中心杆，中心杆上与中心盘平行连接有两块卡盘，每块卡盘上开有一个一端粗一端细的条形卡孔，两块卡盘上的卡孔粗端重合时，细端朝向相反，每块卡盘上还开有一条与中心杆距离不等的圆弧形导孔，在电机驱动下，穿过导孔的驱动杆沿垂直于中心杆的丝杠运动，通过导孔驱动两块卡盘运动，两块卡盘运动方向始终相反。本发明专利技术驱动元件少，控制简单，对接可靠性高，对接迅速。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电气和机械组合的通用对接装置。
技术介绍
目前各种机电产品部件之间的机械连接和电气连接是通过不同的连接件来实现的，相互之间没有配合。空间对接是无人航天器之间进行装配、维修等在轨操作的基础，也是航天器在轨服务与维护的先决条件。接口系统不仅可以实现飞行器的模块化设计、不同模块的在轨组装和在轨更换，也能实现模块化飞行器整体信息的传输。因此，合理的接口系统是模块化飞行器设计中必须解决的一个问题。现有的航天器对接机构多为主被动结构，不满足任何两个模块都可以连接的要求，不具备通用性。模块化航天器要求模块之间存在信息交互和能源传输，对于空间自主运行的航天器，尤其要保证控制、量测等信息在各模块之间的传输， 具备信息传输功能的接口系统是空间自主运行的保障。在现有的对接接口中美国的球形微小卫星电磁式对接机构是专门针对球形微型航天器对接和加注试验而设计的，对于小型、中型和大型航天器而言，由于很难屏蔽电磁干扰，因而不具有通用性，再者这种对接方案不具备周向定位能力，也不适用于一般形状航天器的在轨对接；软轴式对接系统是一个具有软对接能力的非通用系统，由于空行程比较大，难以精确控制轴向相对位置，容易产生碰撞，冠状锁紧式对接机构必须根据目标卫星的远地点发动机喷管喉部结构定制，不能重复使用。
技术实现思路
为了克服现有技术不能同时完成机械连接和电气连接以及不具备通用性的不足， 本专利技术提供一种机电一体化通用对接装置，将不同模块的接口统一化、通用化，并具有能源传输、电气传输等功能的通用型对接和连接机构。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括中心盘、锥杆、数据接头和电源接头，在中心盘一侧沿中心盘原点对称布设锥孔和锥杆，构成典型的逆对称布局，锥杆的头部由底部相连的一个圆锥体和一个锥台构成，锥台的顶部与锥杆相连，中心盘上与锥杆同一侧布设了若干个数据接头和电源接头，每个数据接头都连有数据线，通过数据线导引槽牵引进行信息和数据交换，每个电源接头后面连有导线，通过数据线导引槽牵引实现电源传输；在中心盘的外框内缠绕线圈，通电状态下，两对接中心盘之间将产生和接口面垂直的电磁力，根据电流方向的不同，两个接口之间将产生相互吸引或排斥的电磁力，电磁引力将两接口逐渐拉近，电磁斥力将其逐渐推开，基于此形成接口的软捕获和软分离能力；在中心盘另一侧的原点位置沿中心盘法线方向固连有中心杆，中心杆上与中心盘平行连接有两块卡盘，每块卡盘上开有一个条形卡孔，卡孔一端粗一端细，粗端孔径大于锥杆头部圆锥体的最大直径，细端孔径小于锥杆头部圆锥体的最大直径且大于锥杆直径，两块卡盘上的卡孔粗端重合时，细端朝向相反，每块卡盘上还开有一条与中心杆距离不等的圆弧形导孔，在电机驱动下，穿过导孔的驱动杆沿垂直于中心杆的丝杠运动，通过导孔驱动两块卡盘运动，两块卡盘运动方向始终相反，两个卡孔的细端相对靠近，逐步将锥杆卡住，当卡盘动作到卡死锥杆位置处，控制系统控制电机停转并锁定位置，驱动杆和卡盘停止运动并保持锁定，解锁动作和锁紧动作相反，控制系统向电机发出反转指令，丝杠带动驱动杆运动，驱动杆沿卡盘导孔推动卡盘向解锁方向转动，当卡盘转动到完全解锁状态，控制系统向电机发出停止指令。所述锥杆头部圆锥体的锥面与锥体中心轴的夹角为45度，只要锥杆处于锥孔范围内，锥杆头部进入锥孔，将自动消除滚转角度误差；随着锥杆深入，锥杆将逐步适应锥孔， 同锥孔的方位保持近似一致，完成俯仰和偏航的初步修正。随着卡盘逐步卡死锥杆，锥杆将最终被卡盘推送到要求的指向和位置，进一步消除姿态误差。本专利技术的有益效果是本专利技术具有使用驱动元件少，控制简单，对接可靠性高，对接迅速的优点，由于产品具有初始误差允许能力，对交会测量及运动控制精度要求较低，能应用于多种场合。此外，本专利技术所述的对接机构仅采用一个电机驱动，控制简单，因此使得在与目标对接过程中，对接的可靠性大为提高。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的爆炸视图；图3是本专利技术的卡盘转向和定位块运动方向关系图；图4A是本专利技术的接口完全解锁状态图；图4B是本专利技术的另一视角的接口完全解锁状态图；图5A是本专利技术的接口锁紧状态图；图5B是本专利技术的另一视角的接口锁紧状态图；图6A是本专利技术的锁紧状态锥杆和卡盘卡孔的斜面配合图；图6B是本专利技术的另一视角的锁紧状态锥杆和卡盘卡孔的斜面配合图；图7A是本专利技术的外框中心盘前部设计图；图7B是本专利技术的另一视角的外框中心盘前部设计图；图8是本专利技术的电源接头示意图；图9是接口工作流程图；图中1-电源接头，2-锥杆，3-数据接头，4-中心盘，5-外框，6_卡盘，7_驱动杆 8-定位块，9-底盘，10-周边柱，11-电磁线圈，12-中心杆13-卡孔(细端)，14-卡孔(粗端)，15-导孔，16-锥孔，17-电源触头孔，18-数据触头孔，19-锥杆安装位置，20-驱动杆行程，21-数据线导引槽，22-缠绕电磁线圈的凹槽，23-连接到电机的丝杠。具体实施例方式本专利技术的目的是针对现有技术中存在的缺点和不足，在分析了通用接口系统任务功能需求的基础上，将不同模块的接口统一化、通用化，并具有能源传输、电气传输等功能的通用型对接和连接机构，是未来组合型机械机构(例如大型组合型航天器)中的重要组成部件。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是基于通用、机动、捕获、缓冲减震、锁紧(解锁)、拉紧(分离)设计思路，给出了具有通用性、容错性、可靠性、机动承载性、软捕获能力、锁紧能力、电气数据传输能力的接口设计方案。采用“锥杆-孔”对称结构、两根锥杆3承载、电磁铁提供捕获力、丝杠12滑块锁紧、电源触点1对接传送电能、标准总线接头 2对接传输数据。具体说明如下在中心盘4上，对称布设锥孔16和锥杆2，构成典型的逆对称布局(如图7A，图 7B所示)，可实现接口的机械连接，保证任意两飞行器舱段之间的接口都可以正常对接，没有主、被动接口的划分。锥杆2头部是一个蘑菇头，由底部相连的一个圆锥体和一个锥台构成，锥台的顶部与锥杆相连，圆锥体的锥面与锥体中心轴的夹角为45度(如图6A，6B所示)，只要锥杆处于锥孔范围内，锥杆头部进入锥孔16，将自动消除滚转角度误差；随着锥杆深入，锥杆将逐步适应锥孔，同锥孔的方位保持近似一致，完成俯仰和偏航的初步修正。 随着卡盘逐步卡死锥杆，锥杆将最终被卡盘推送到要求的指向和位置，进一步消除姿态误差。锁紧主要通过卡盘6、锥杆2、驱动杆7、丝杠23的配合实现(如图5A，图5B所示)， 在电机驱动下，驱动杆7沿丝杠23运动，通过卡盘上导孔15驱动卡盘6运动。两块卡盘运动方向始终相反(如图3所示)。当驱动杆7向远离接口中心杆12运动时，两卡盘卡孔的细端13将相对靠近，逐步将锥杆2卡住；当卡盘6已动作到卡死锥杆位置处，控制系统控制电机停转并锁定位置，驱动杆7、卡盘6停止运动并保持锁定，此时，卡盘将锥杆牢牢卡死。 解锁动作和锁紧动作相反，控制系统向电机发出反转指令，丝杠23带动驱动杆7向接口中心杆12运动，驱动杆7沿卡盘导孔15推动卡盘向解锁方向转动，当卡盘转动到完全解锁状态(如图4A，图4B)，控制系统向电机发出停止指令。在接口的外框部件22内，将缠绕线圈11。通电状态下，两对接接口之间将产生和接口面垂直的电磁力。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种机电一体化通用对接装置，包括中心盘、锥杆、数据接头和电源接头，其特征在于：在中心盘一侧沿中心盘原点对称布设锥孔和锥杆，构成典型的逆对称布局，锥杆的头部由底部相连的一个圆锥体和一个锥台构成，锥台的顶部与锥杆相连，中心盘上与锥杆同一侧布设了若干个数据接头和电源接头，每个数据接头都连有数据线，通过数据线导引槽牵引进行信息和数据交换，每个电源接头后面连有导线，通过数据线导引槽牵引实现电源传输；在中心盘的外框内缠绕线圈；在中心盘另一侧的原点位置沿中心盘法线方向固连有中心杆，中心杆上与中心盘平行连接有两块卡盘，每块卡盘上开有一个条形卡孔，卡孔一端粗一端细，粗端孔径大于锥杆头部圆锥体的最大直径，细端孔径小于锥杆头部圆锥体的最大直径且大于锥杆直径，两块卡盘上的卡孔粗端重合时，细端朝向相反，每块卡盘上还开有一条与中心杆距离不等的圆弧形导孔，在电机驱动下，穿过导孔的驱动杆沿垂直于中心杆的丝杠运动，通过导孔驱动两块卡盘运动，两块卡盘运动方向始终相反。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳晓奎，袁建平，罗建军，马卫华，李曙光，李鹏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87