基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构的制作方法

本发明涉及航天器在轨服务技术领域，特别是指一种基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构。

背景技术：

随着航天技术的飞速发展，空间活动更加频繁，航天器的结构、组成日趋复杂，性能、技术水平也在不断提高，对接机构是航天器交会的关键装备，也是实现对接任务顺利完成的重要保证。

锥杆式导向技术较为成熟，但是对接容差取决于锥杆长度、锥孔直径、锥孔角度等影响因素，对接容差随着对接器所占空间的增大而增大，这样相对较大的物理空间限制了发射能力，并且只能实现单向对接。异体同构周边式的多块导向瓣及动作机构设计复杂，此外，现有空间对接机构大多在导向过程末段完成电连接器插接过程，最后完成锁紧过程，且电连接器固定分布在对接端面上，这样的布置对导向对接精度提出了严格要求，精度不高很容易导致电连接器插针损坏、插接失败。

综上，设计出一种在不占用额外资源情况下，利用一套驱动源实现大容差可靠对接模式的小型空间对接机构是十分必要的。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构。

该装置包括固定台、服务主动端、目标被动端和传动系统，传动系统包括连杆、锁紧臂、三耳螺母、丝杠、长销及短销，固定台与目标被动端通过螺栓固定连接，目标被动端和服务主动端对接，目标被动端和服务主动端对接面外轮廓为正弦曲线型面，传动系统安装在固定台内，固定台周向分布有固定台耳槽，固定台耳槽通过长销与锁紧臂铰接，形成转动副，锁紧臂和长销间隙配合，减小转动摩擦力。

固定台周向均匀分布3个固定台耳槽。

目标被动端包括热输出环及电连接器插口，服务主动端开有锁紧孔、热接收环及电连接器位置，目标被动端与服务主动端对接时，电连接器位置对应电连接器插口，热输出环对应热接收环，锁紧臂上端插入锁紧孔。

传动系统的连杆和锁紧臂通过短销铰接，连杆和三耳螺母通过短销铰接，都形成具有间隙配合的转动副。

三耳螺母和丝杠通过螺纹副连接，丝杠在电机和减速器的驱动下实现单自由度的旋转运动，三耳螺母与锁紧臂通过连杆实现驱动力的传递，同时限制三耳螺母的周向转动自由度。

目标被动端和服务主动端对接面外轮廓为正弦曲线型面，目标被动端对接面设有热输出环和电连接器插孔，服务主动端对接面设有热接收环和电连接器位置，热输出环和热接收环都通过弹簧与对接面浮动连接。

服务主动端周向均匀开有3个矩形槽，每个矩形槽上开有锁紧孔，在锁紧时，锁紧臂的头部插入锁紧孔中。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，利用异体同构式的边缘型面进行大角度容差的导向对接过程，能够实现双向主动对接，提高了空间的利用率，简单紧凑，纠偏能力大，单个驱动源联动三爪张开和闭合。

附图说明

图1为本发明对接机构爆炸图；

图2为本发明传动系统示意图；

图3为本发明锁紧臂张开示意图；

图4为本发明锁紧臂闭合锁紧示意图；

图5为本发明服务主动端示意图。

其中：1-固定台，2-目标被动端，3-服务主动端，4-传动系统，5-连杆，6-锁紧臂，7-三耳螺母，8-丝杠，9-长销，10-短销，11-固定台耳槽，12-热输出环，13-电连接器插口，14-锁紧孔，15-热接收环，16-电连接器位置。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构。

如图1、图2所示，该装置包括固定台1、服务主动端3、目标被动端2和传动系统4，传动系统4包括连杆5、锁紧臂6、三耳螺母7、丝杠8、长销9及短销10，固定台1与目标被动端2通过螺栓固定连接，目标被动端2和服务主动端3对接，目标被动端2和服务主动端3对接面外轮廓为正弦曲线型面，传动系统4安装在固定台1内，固定台1周向分布有固定台耳槽11，固定台耳槽11通过长销9与锁紧臂6铰接，形成转动副，锁紧臂6和长销9间隙配合，减小转动摩擦力。

固定台1周向均匀分布3个固定台耳槽11。

固定台耳槽11通过长销9与锁紧臂6铰接，形成转动副，锁紧臂6和长销9间隙配合，减小转动摩擦力。

目标被动端2包括热输出环12及电连接器插口13，服务主动端3开有锁紧孔14、热接收环15及电连接器位置16，目标被动端2与服务主动端3对接时，电连接器位置16对应电连接器插口13，热输出环12对应热接收环15，锁紧臂6上端插入锁紧孔14。

三耳螺母7和丝杠8通过螺纹副连接，丝杠8在电机和减速器的驱动下实现单自由度的旋转运动，三耳螺母7与锁紧臂6通过连杆5实现驱动力的传递，同时限制三耳螺母7的周向转动自由度。

目标被动端2和服务主动端3对接面外轮廓为正弦曲线型面，目标被动端2对接面设有热输出环12和电连接器插孔13，如图5所示，服务主动端3对接面设有热接收环15和电连接器位置16，热输出环12和热接收环15都通过弹簧与对接面浮动连接。

服务主动端3周向均匀开有3个矩形槽，每个矩形槽上开有锁紧孔14，在锁紧时，锁紧臂6的头部插入锁紧孔14中。

本发明的具体工作过程为：初始状态如图3所示，锁紧臂6初始为张开状态，目标被动端2与服务主动端3相互靠近，通过型面实现初步导向对接，完成角度容差的纠偏过程。随后电机和减速器驱动丝杠8旋转，三耳螺母7与丝杠8通过螺纹连接，三耳螺母7与锁紧臂6通过连杆5实现驱动力的传递，限制三耳螺母7的周向转动自由度，三耳螺母7将会沿轴线向下移动。由于连杆5通过短销10与三耳螺母7连接，故连杆5在三耳螺母7的带动下，向下摆正。锁紧臂6与连杆5通过短销10连接，且锁紧臂6与固定台耳槽11通过长销9连接，则连杆5向下摆正的同时带动锁紧臂6绕长销9旋转。锁紧臂6的头部随着旋转会插入服务主动端3的锁紧孔14中，实现锁紧，如图4所示。此时目标被动端2的热输出环12和服务主动端3的热接收环15贴紧，实现热交换，电连接器伸出实现连接，之后，电机停转，对接完成。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：包括固定台(1)、服务主动端(3)、目标被动端(2)和传动系统(4)，传动系统(4)包括连杆(5)、锁紧臂(6)、三耳螺母(7)、丝杠(8)、长销(9)及短销(10)，固定台(1)与目标被动端(2)通过螺栓固定连接，目标被动端(2)和服务主动端(3)对接，目标被动端(2)和服务主动端(3)对接面外轮廓为正弦曲线型面，传动系统(4)安装在固定台(1)内，固定台(1)周向分布有固定台耳槽(11)，固定台耳槽(11)通过长销(9)与锁紧臂(6)铰接，形成转动副，锁紧臂(6)和长销(9)间隙配合，减小转动摩擦力。

2.根据权利要求1所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述固定台(1)周向均匀分布3个固定台耳槽(11)。

3.根据权利要求1所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述目标被动端(2)包括热输出环(12)及电连接器插口(13)，服务主动端(3)开有锁紧孔(14)、热接收环(15)及电连接器位置(16)，目标被动端(2)与服务主动端(3)对接时，电连接器位置(16)对应电连接器插口(13)，热输出环(12)对应热接收环(15)，锁紧臂(6)上端插入锁紧孔(14)。

4.根据权利要求1所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述传动系统(4)的连杆(5)和锁紧臂(6)通过短销(10)铰接，形成具有间隙配合的转动副；连杆(5)和三耳螺母(7)通过短销(10)铰接，形成具有间隙配合的转动副。

5.根据权利要求1所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述三耳螺母(7)和丝杠(8)通过螺纹副连接，丝杠(8)在电机和减速器的驱动下实现单自由度的旋转运动，三耳螺母(7)与锁紧臂(6)通过连杆(5)实现驱动力的传递，同时限制三耳螺母(7)的周向转动自由度。

6.根据权利要求3所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述热输出环(12)和热接收环(15)通过弹簧与对接面浮动连接。

7.根据权利要求1所述的基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，其特征在于：所述服务主动端(3)周向均匀开有3个矩形槽，每个矩形槽上开有锁紧孔(14)。

技术总结
本发明提供一种基于型面导向三爪锁紧动作时序的小型空间对接机构，属于航天器在轨服务技术领域。该机构包括固定台、服务主动端、目标被动端和传动系统，利用边缘型面进行大角度容差的导向对接过程，采用单个驱动源联动三爪张开和闭合，实现锁紧和解锁，同时使用浮动连接实现轴向容差下的热交换和信息传输。本发明为小型空间对接机构提供了在大对接容差下实现锁紧的设计方案，解决了在不占用对接面机电热一体化传输接口位置的情况下实现对接锁紧问题，从设计根源上提高了空间的利用率，设计简单紧凑，纠偏能力大，锁紧可靠。

技术研发人员：孔宁;李伟杰;牛壮葳;庄原;马帅;任杰
受保护的技术使用者：北京科技大学;北京空间飞行器总体设计部
技术研发日：2021.05.24
技术公布日：2021.07.30