一种套索式空间捕获装置的制作方法

1.本发明属于空间飞行器捕获技术领域，具体涉及一种套索式空间捕获装置。


背景技术：

2.空间飞行器捕获是指通过任务飞行器的捕获机构对已经在空间轨道飞行的目标飞行器建立机械连接关系，从而通过任务飞行器实现对目标飞行器的姿态控制和在轨操作。因此，空间飞行器捕获技术是实现空间飞行器清除离轨、在轨服务、在轨维修等操作的前提和基础。目前常用的空间飞行器捕获技术，包括机械手捕获(cn200910073300.1)、绳网式捕获(cn201310503724.3)、发动机喉管捕获(cn201510789544.5)的方式，然而，这些方式都存在一定的问题：机械手捕获方式操作精度要求高，捕获容差能力差，需要飞行器具有很高的姿轨控精度；空间飞网捕获不可重复使用，成本高，捕获后不能建立刚性连接；发动机喉管捕获仅适用于捕获发动机喷管，且对发动机喷管可能造成损失，不利于发动机后继使用。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种套索式空间捕获装置，包括支架和安装于支架上的套索捕获机构，套索捕获机构中通过绳索固定组件使捕获绳索两端分别连接在内捕获圈和外固定圈上，内捕获圈相对外固定圈转动时，多根捕获绳索向内收拢，收拢的捕获绳索形成一个捕获绳圈，当绳圈内切圆直径不大于目标捕获物体外径时，即可对目标捕获物体进行捕获。该装置特别适用于对倒锥形物体的外侧进行捕获，具有较大的捕获容差，防止捕获前两个空间飞行物发生碰撞，使用两个轴向平行安装的套索捕获机构同时捕获即可提高捕获的可靠性，也可对捕获物体的姿态进行纠正。
4.为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种套索式空间捕获装置，包括支架和套索捕获机构；
6.支架设有两端开放的圆柱形腔体，所述腔体的轴线与套索捕获机构轴线重合；支架与外部展收机构固定连接，通过展收机构移动至捕获位置；
7.套索捕获机构包括内捕获圈、外固定圈、驱动机构、捕获绳索和绳索固定组件；内捕获圈和外固定圈均为圆环结构，外固定圈固定安装在支架所设腔体内部，内捕获圈可转动安装于外固定圈内侧且与外固定圈同轴，驱动机构用于驱动内捕获圈相对外固定圈进行绕轴线方向的转动；
8.绳索固定组件数量≥3，绳索固定组件包括设于内捕获圈上的内圈固定件和设于外固定圈上的外圈固定件，捕获绳索第一端通过内圈固定件与内捕获圈固定连接，第二端通过外圈固定件与外固定圈固定连接，内捕获圈相对外固定圈的转动带动捕获绳索第一端进行相对于第二端的运动，各捕获绳索交叉围成用于捕获目标物体的绳圈。
9.进一步的，所述外固定圈内壁设有与内捕获圈配合的环状凹槽，内捕获圈通过轴承安装于所述凹槽中，环状凹槽在轴线方向的尺寸小于外固定圈在轴线方向的尺寸；
10.所述内圈固定件固定安装于内捕获圈内壁，外圈固定件固定安装于外固定圈内壁未设环状凹槽的区域，所述外固定圈未设环状凹槽区域的内径等于内捕获圈内径。
11.进一步的，所述套索捕获机构≥2，各套索捕获机构同轴且沿轴线方向间隔布置，各套索捕获机构分别形成用于捕获目标物体不同部分的绳圈，对目标物体进行位置和姿态纠正。
12.进一步的，所述套索式空间捕获装置还包括限位挡板，所述限位挡板为圆盘形且与套索捕获机构同轴，限位挡板固定安装于支架上，用于对目标物体进入绳圈的位置进行限定。
13.进一步的，所述绳索固定组件中的外圈固定件沿外固定圈均匀布置，内圈固定件沿内捕获圈均匀布置。
14.进一步的，所述驱动机构包括电机、电机支架、传动齿轮和扇形齿轮；扇形齿轮安装于内捕获圈上，电机通过电机支架固定安装于外固定圈上，传动齿轮与电机输出轴固定连接，传动齿轮与扇形齿轮啮合，电机通过传动齿轮带动扇形齿轮的运动，进而使内捕获圈相对外固定圈进行绕轴线方向的转动。
15.进一步的，所述绳索固定组件中的外圈固定件和内圈固定件具有相同的结构，均包括安装座、球头、和复位弹簧；外圈固定件中的安装座固定安装在外固定圈上，内圈固定件中的安装座固定安装在内捕获圈上；球头通过复位弹簧安装于安装座球头，复位弹簧的弹力使球头紧贴在安装座上，使得捕获绳索紧贴内捕获圈或外固定圈内壁；当内捕获圈相对外固定圈的转动时，所产生的拉力克服复位弹簧的弹力，使捕获绳索产生远离球头内捕获圈或外固定圈内壁的运动。
16.进一步的，所述捕获绳索为钢丝绳，捕获绳索的长度≥内捕获圈的直径。
17.进一步的，所述套索式空间捕获装置还包括柔性套管，所述柔性套管套于捕获绳索外侧；所述柔性套管采用橡胶材料。
18.进一步的，所述内捕获圈和外固定圈设有连续的螺旋凹槽，所述螺旋凹槽与捕获绳索数量相等，内捕获圈未发生相对外固定圈的转动时，捕获绳索位于在螺旋凹槽内。
19.进一步的，所述空间捕获装置还包括设于外固定圈上的限位开关，所述限位开关为2个，分别对应内捕获圈的初始位置和内捕获圈相对于外固定圈转动的极限位置。
20.进一步的，所述支架包括沿套索捕获机构轴向的支撑臂，支撑臂≥3，呈圆环状排布，围成两端开放的圆柱形腔体。
21.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
22.(1)本发明一种套索式空间捕获装置，巧妙的设计了套索捕获机构的具体结构，使捕获绳索两端分别连接在内捕获圈和外固定圈上，内捕获圈相对外固定圈转动时，多根捕获绳索向内收拢形成捕获绳圈，特别适用于对倒锥形物体的外侧进行捕获，具有较大的捕获容差，同时多根捕获绳索形成的捕获内切圆与目标捕获物体具有更大的接触面积，具有更好的捕获稳定性；
23.(2)本发明一种套索式空间捕获装置，可沿轴向安装多个套索捕获机构，多个套索捕获机构既可以互为备份，提供捕获作业的可靠度，又能够通过多个套索捕获机构中的捕获绳索形成的多个绳圈，进而形成多个捕获内切圆对目标捕获物体进行位置姿态纠正，减小目标捕获物体轴线与套索捕获机构的轴线位置和角度偏差，便于后续对目标捕获物体的
对接锁定作业；
24.(3)本发明一种套索式空间捕获装置，设计了套索捕获机构中绳索固定组件的结构和排布方式，另外在套索捕获机构中设计了用于在初始状态时容纳捕获绳索的螺旋凹槽，可以最大化初始绳圈的捕获内切圆，且位于螺旋凹槽内的捕获绳索不会干涉目标捕获物体进入到套索捕获机构内，防止目标捕获物体因进入到捕获绳索与内捕获圈之间而无法捕获；
25.(4)本发明一种套索式空间捕获装置，利用齿轮间的啮合实现内捕获圈相对外固定圈转动，传动过程稳定高效，另外设计了限位开关，便于对内捕获圈的运动过程进行控制；
26.(5)本发明一种套索式空间捕获装置，在捕获绳索外套有柔性套管，既可以减小捕获绳索捕获目标捕获物体时产生的摩擦，减少对目标捕获物体接触表面涂层的破坏，也可以降低捕获绳索与目标物体的接触应力；
27.(6)本发明一种套索式空间捕获装置中的限位挡板，可对被捕获的目标捕获物体进行位置限定。
附图说明
28.图1为本发明一种套索式空间捕获装置整体结构轴侧示意图；
29.图2为本发明绳索固定组件示意图；
30.图3为本发明一种套索式空间捕获装置局部结构示意图；
31.图4本发明一种套索式空间捕获装置原理图。
具体实施方式
32.下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
33.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
34.本发明一种套索式空间捕获装置，适用于捕获目标物体，特别是具有倒锥形回转体结构或者外表面具有回转形凹槽的结构体。
35.如图1，本发明一种套索式空间捕获装置，包括支架1和套索捕获机构2，所述支架1上至少安有一组套索捕获机构2，套索捕获机构2包括内捕获圈3、外固定圈4、驱动机构5、捕获绳索6和绳索固定组件7，所述内捕获圈3与所述外固定圈4可相对转动，所述驱动机构5为内捕获圈3与外固定圈4相对转动提供动力，所述捕获绳索6一端通过所述绳索固定组件7中的安装座13连接在内捕获圈3，其另一端通过同一绳索固定组件7中的安装座13连接在外固定圈上4，在内捕获圈3和外固定圈4之间至少安有三根捕获绳索6，如图4，当内捕获圈3相对外固定圈4转动时，多根捕获绳索6向内收拢，收拢的捕获绳索形成一个捕获绳圈，绳圈内切圆随着内捕获圈3与外固定圈4之间相对转动程度而变化，当所述捕获内切圆直径不大于目标捕获物体外径时，即可对目标捕获物体进行捕获。
36.优选的，所述套索捕获机构2的数量恰好为两个，两个套索捕获机构2沿其轴向间
隔布置。工作时双套索捕获机构2同时对目标捕获物体进行捕获，两个套索捕获机构2既可以互为备份，提供捕获作业的可靠度，又能够通过两个套索捕获机构2中的捕获绳索6形成的两个绳圈，进而形成两个捕获内切圆对目标捕获物体进行位置姿态纠正，减小目标捕获物体轴线与套索捕获机构2的轴线位置和角度偏差，便于后续对目标捕获物体的对接锁定作业。
37.优选的，所述捕获绳索6的数量恰好为三根，通过三对绳索固定组件7固定安装于同一套索捕获机构2上，三对绳索固定组件7中的外圈固定件沿外固定圈4均匀布置，内圈固定件沿内捕获圈3均匀布置。
38.优选的，如图3，内捕获圈3和所述外固定圈4上均设有多段螺旋凹槽17，螺旋凹槽17的数量与捕获绳索6数量相同，初始状态时捕获绳索6位于螺旋凹槽17内。
39.优选的，所述驱动机构5包括电机9、电机支架10、传动齿轮11和扇形齿轮12，所述扇形齿轮12固定安在所述内捕获圈3上，电机9通过电机支架10安在外固定圈4上，传动齿轮11固定安在电机9输出轴上且与扇形齿轮12相啮合。
40.优选的，外固定圈4上设有两个限位开关20，两个所述限位开关20分别设在扇形齿轮12转动的极限位置。
41.优选的，如图2所示，绳索固定组件7包括安装座13、球头14和复位弹簧15，安装座13安在内捕获圈3或外固定圈4上，球头14可转动安在安装座13上，复位弹簧15安在球头14和安装座13之间，复位弹簧15的弹力使得球头14贴在安装座13上。复位弹簧15使得捕获绳索6初始状态时位于内捕获圈和外固定圈内壁的螺旋凹槽17内，这样
42.优选的，内捕获圈3和外固定圈4之间安有轴承8。
43.优选的，捕获绳索6为钢丝绳。
44.优选的，所述捕获绳索6外设有柔性套管19。在捕获绳索6外侧安装的柔性套管19一方面可以减小捕获绳索6与目标捕获物体的摩擦，减少对目标捕获物体接触表面涂层的破坏，另一方面也可以降低捕获绳索6与目标物体的接触应力。
45.实施例：
46.如图1和图2所示，本发明一种套索式空间捕获装置，包括支架1和安装套索捕获机构2；图中1为支架；2为套索捕获机构；3为内捕获圈；4为外固定圈；5为驱动机构；6为捕获绳索；7为绳索固定组件；8为轴承；9为电机；10为电机支架；11为传动齿轮；12为扇形齿轮；13为安装座；14为球头；15为复位弹簧；18为捕获内切圆；17为螺旋凹槽；19为柔性套管；20为限位开关；21为限位挡板。
47.在一个实施例中支架1为圆筒状，支架1下侧固定在展收机构或者机械臂上，在捕获作业时通过展收机构或者机械臂移动该装置至捕获位置进行捕获作业，在支架1内固定安装套索捕获机构2，在一个具体实施例中为了减轻支架1的重量，还可以使支架1包含三个独立的支撑臂，在支架1上至少安装一组套索捕获机构2，在一个具体实施例中套索捕获机构2的数量恰好为两个，两个套索捕获机构2沿其轴向间隔布置，在一个具体实施例中支架1上用于固定连接套索捕获机构2的安装孔设为多组，这样可以调节两个套索捕获机构2在支架1上轴向安装高度差，提高对不同形状尺寸目标捕获物体的适应性。
48.套索捕获机构2包括内捕获圈3、外固定圈4、驱动机构5、捕获绳索6和绳索固定组件7，内捕获圈3和外固定圈4均为圆环状，内捕获圈3安装在外固定圈4内侧且内捕获圈3可
相对外固定圈4转动，在一个具体实施例中，在内捕获圈3之间外固定圈4安装轴承8，在一个更为具体的实施例中使用的轴承8为薄壁轴承，薄壁轴承重量较轻且能够提高内捕获圈3和外固定圈4之间相对转动的灵活性。驱动机构5包括电机9、电机支架10、传动齿轮11和扇形齿轮12，扇形齿轮12通过紧固件固定安装在内捕获圈3下侧，扇形齿轮12的齿露在外固定圈4的外侧，电机9通过紧固件固定安装在电机支架10上，电机支架10通过紧固件固定安装在外固定圈4上，传动齿轮11通过键连接在电机9的输出轴上，传动齿轮11与扇形齿轮12相啮合，当电机9得电转动时，通过小齿轮11带动扇形齿轮12转动，从而使得内捕获圈3相对外固定圈4转动。
49.绳索固定组件7有多对，每对包括一个设于内捕获圈3上的内圈固定件和一个设于外固定圈4上的外圈固定件，在一个具体实施例中，在内捕获圈3和外固定圈4上分别均布安装三个内圈固定件和三个外圈固定件，固定件包括安装座13、球头14和复位弹簧15，安装座13固定安装在内捕获圈3或外固定圈4上，球头14活动安装在安装座13上，球头14可绕着球心相对转动，复位弹簧15安装在球头14上，复位弹簧15上的弹性结构位于安装座13与外固定圈4或内捕获圈3之间，复位弹簧15的弹力使得球头14在初始状态时紧贴在安装座13上。在一组绳索固定组件7的内圈固定件和外圈固定件的球头14之间固定连接捕获绳索6，在初始状态下，内捕获圈3和外固定圈4的相对位置处于将捕获绳索6紧贴内捕获圈3或外固定圈4内壁的相对位置。如图4所示，在一个具体实施例中，一个套索捕获机构2上通过3对绳索固定组件7分别连接三根捕获绳索6，三根捕获绳索6相对于外固定圈4上的安装点沿同一方向转动时会形成一个绳圈，绳圈内形成捕获内切圆18，当该捕获内切圆18的直径不大于目标捕获物体外径时，即可对目标捕获物体进行捕获，在另一个实施例中一个套索捕获机构2上还可以连接四根、五根或者六根捕获绳索6，多根捕获绳索6形成的捕获内切圆18与目标捕获物体具有更大的接触面积，具有更好的捕获稳定性。在一个具体实施例中，捕获绳索6的长度不小于内捕获圈3的直径，在一个更为具体的实施例中捕获绳索6的长度恰好等于内捕获圈3的直径，当固定在同一根捕获绳索6上的内圈固定件和外圈固定件相转动至同一直径位置处时，捕获内切圆直径为零。在一个具体实施例中捕获绳索6为钢丝绳，在钢丝绳的外侧套有一圈柔性套管19，在一个具体实施例中柔性套管19采用橡胶材料制成，该套管既可以减小捕获绳索6捕获目标捕获物体时产生的摩擦，减少对目标捕获物体接触表面涂层的破坏，也可以降低捕获绳索6与目标物体的接触应力。内捕获圈3和外固定圈4上均设有多段螺旋凹槽17，螺旋凹槽17的数量与捕获绳索6数量相同，初始状态时捕获绳索6弯曲在螺旋凹槽17内。外固定圈4通过紧固件固定安装两个限位开关20，两个限位开关20分别设在扇形齿轮12转动的极限位置，分别对应内捕获圈3的初始位置和内捕获圈3相对于外固定圈4转动的极限位置。限位开关20可对扇形齿轮12的转动角度进行限制，也是限制内捕获圈3与外固定圈4之间相对转动程度，也便于对内捕获圈3回到初始位置的控制。在支架1上还可以安装限位挡板21，限位挡板21对被捕获的目标捕获物体进行位置限定。
50.以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
51.本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。