[发明专利]一种航天器用自导向大容错同构接口及其使用方法

摘要

本发明提供了一种航天器用自导向大容错同构接口及其使用方法，电机经蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮通过蜗轮键带动支撑套筒转动，支撑套筒转动首先带动内转筒转动，内转筒的运动通过啮合的导向板驱动杆、导向板推杆、转动销将导向板推出，同时，锁紧定位销由支撑套筒推出，二者均达到极限工位后，电机停止，接口对正后，电机再次启动，支撑套筒通过驱动杆带动啮合的伸缩套移动，连接键将卡住锁紧套的凹陷部，从而完成锁紧。本发明可实现航天器间对接初始偏差较大时的自导向容错对接，实现多面对接情况下的多角度的对接；接口结构简单，锁紧力大，尺寸紧凑，可满足航天器的高可靠性、大容错对接；同时控制简单，能耗低，可节约实际航天器对接的任务成本。

主权项

1.一种航天器用自导向大容错同构接口，包括：导向机构、定位机构、锁紧机构、传动机构、支撑座和电机，其特征在于：导向机构包括导向锥孔、导向板、导向板连接板、导向板推杆、导向板驱动杆和转动销、内转筒、锁紧螺纹组和导向螺纹组；定位机构包括锁紧定位销、定位销挡板和紧定螺钉；锁紧机构包括伸缩套、驱动杆和锁紧套；传动机构包括蜗轮、蜗杆、蜗轮键、支撑套筒和传动螺栓组；所述导向机构中，导向板通过导向板连接板连接在导向锥孔上，导向锥孔形成一个圆环，导向板聚拢后形成一个锥形，锥孔压槽均布于圆环的下表面，且在圆环下表面上形成下凹台阶，导向锥孔定位孔位于导向锥孔圆环的下表面的台阶的高平面上，在每个锥孔压槽上均布若干个连接板锁紧孔；每个导向板通过导向板推杆连接在转动销上，转动销另外一端连接导向板驱动杆，导向板通过锁紧螺纹组和导向螺纹组固定在导向锥孔，驱动杆与内转筒的滑槽啮合，内转筒直径小于支撑套筒和伸缩套，并位于支撑套筒和伸缩套内,通过传动螺栓组与支撑套筒连接；所述锁紧机构中，伸缩套为一个中空柱体，且中空柱体的一段设置有连接键，连接键的横截面为前大后小的梯形截面，连接键与锁紧套背面的凹陷部具有相同的截面形状，驱动杆固定孔均布于伸缩套的内壁，初始状态连接键位于锁紧套的外表面的后方，两个航天器用大容错自导向同构接口对接时，其中航天器用大容错自导向同构接口A的伸缩套的连接键沿轴向伸出，达到指定伸出量后，开始在端面内转动，待转动至与航天器用大容错自导向同构接口B的锁紧套的凹陷部处于可对接状态时停止，连接键缩回，凹陷部和连接键结合实现锁紧，驱动杆用以连接伸缩套和支撑套筒，支撑套筒通过驱动杆内滑道和驱动杆外滑道带动驱动杆，驱动杆与伸缩套中的驱动杆固定孔啮合，从而实现由支撑套筒驱动伸缩套运动；所述定位机构中，锁紧定位销位于锁紧套的外侧表面，紧定螺钉将定位销挡板固定在锁紧套的内侧表面上，位置与外侧表面的锁紧定位销相对应；所述传动机构中，蜗轮环绕在支撑套筒外围，蜗轮上设有蜗轮键、在支撑套筒的外平面上设有传动螺栓组；电机通过蜗杆安装在支撑座上，支撑座与锁紧套的平面垂直固连，从而实现电机与传动机构的连接；支撑套筒通过传动螺栓组与内转筒连接，从而实现传动机构和导向机构的连接；导向锥孔与锁紧套通过锁紧螺纹组连接，从而实现导向机构和锁紧机构的连接；伸缩套位于支撑套筒内，且通过驱动杆将二者连接，从而实现锁紧机构和传动机构的连接；整个定位机构通过紧定螺钉与锁紧套连接，并与支撑套筒之间通过锁紧定位销连接，从而实现定位机构的连接；导向板连接板扣压在锥孔压槽中，并通过导向锥孔定位孔、导向螺纹组与导向锥孔连接，同时导向板连接板通过转动销与导向板连接；所述导向机构采用可伸缩导向板原理，导向板接触面的曲率与对应的导向锥孔中导向截面的曲率相同，随着航天器用大容错自导向同构接口A的导向板逐渐深入航天器用大容错自导向同构接口B的导向锥孔，当航天器用大容错自导向同构接口A和航天器用大容错自导向同构接口B的实际接触面的曲率不相等时产生相对作用力，引导机械臂修正对接姿态，直至完全对接；航天器用大容错自导向同构接口的导向机构、锁紧机构、定位机构均采用一个电机统一驱动；其传动采用四层滑槽套筒形式，滑槽的相位设计允许在一个接口对接运动周期内导向板、锁紧定位销和伸缩套依次先后运动,电机控制三个不同的运动，先导向、再定位、后锁紧；传动方式为：导向板驱动杆与内转筒啮合，内转筒固连于支撑套筒，支撑套筒控制内转筒径向转动；锁紧定位销与支撑套筒啮合，伸缩套通过驱动杆与支撑套筒和锁紧套啮合；支撑套筒固连蜗轮，电机通过驱动啮合的蜗杆实现接口的所有运动。