专利名称：空间微纳星站的锥－杆型对接与释放机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种航天技术领域的对接与释放设备，具体是一种空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构。
背景技术：
空间微纳星站是指由数颗执行不同任务或相同任务的小卫星作为子星，有机组装在一颗母星上，由运载火箭一次发射升空的微小卫星系统，而针对子星的天基对接与释放机构是实现子星从母星内释放和子星与母星对接并收入存储仓的关键部件。目前国际上的对接机构普遍主要采用的有“锥-锥”型、异体同构型、“杆-锥”型、撞锁-抓手型等，针对无人航天器交会对接领域使用得最多的还是后两种型式。
经对现有技术的文献检索发现，Ui Kyoichi等在Proceedings of the AsianConference on Multibody Dynamics(亚洲多体动力学会议学报)，vol.2002，page.558-563上发表了“Small Docking Mechanism for SmallMothership-Daughtership Satelliteson-ground experiments”(子母型纳卫星对接机构的地面试验)一文，该文提出了一种由六组圆周阵列分布的机械抓手组成的对接机构，当子星进入有效范围内时，抓手迅速收缩以捕获子星，并利用抓手上的滚轮引导其进入母星舱体内。其不足在于一套对接机构只能对应一颗子星，既增大了母星的体积，又增加了控制系统的复杂度。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足和缺陷，提供一种空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，在吸收传统“杆-锥”型和上文所述的子母星对接机构优点的基础上，主动追踪机构由“杆”(星站)变为“锥”(子星)，采用弱碰撞抓手的捕获方式和穿杆爬行的入舱手段，实现微纳星站单杆配置完成多个对接任务的要求，具备结构简单、成本低、可靠性高等性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括三部分第一部分为微纳星站上的目标机构，包括接收杆、存储舱和限位挡环，接收杆贯穿存储舱的中轴线并延伸至舱外，限位挡环位于存储舱的底部中心。
第二部分为子星上的追踪机构，包括对接锥、对接孔、抓手式主动滚轮、从动滚轮和限位缓冲柱，对接锥在子星的顶端，对接孔与对接锥的顶部相连，贯穿子星轴线，抓手式主动滚轮分布于对接孔顶端的内壁上，从动滚轮布置于抓手式主动滚轮后的对接孔内壁上，各有四组，呈圆周分布，限位缓冲柱位于子星尾部。
第三部分为锁紧机构，包括锁紧锚与环状齿槽，两者分别位于存储舱的内壁上和子星的外壁上。
本发明利用“锥-杆”接触原理完成对接过程子星以一定的初速度接近微纳星站伸出的接收杆，对接锥、接收杆碰撞后的接触力驱使接收杆进入子星的对接孔中，抓手式主动滚轮随即收缩，压紧接收杆并转动，驱动子星沿杆爬行，最终在从动滚轮的辅助下，子星沿接收杆轴向进入存储舱内，抓手式主动滚轮碰到舱内的限位挡环后停止转动，锁紧锚迅速放下，嵌入子星外壁的环状齿槽内，完成锁紧动作。下一颗子星的对接过程完全类似，只不过上一颗子星尾部的限位缓冲柱取代了限位挡环的作用。子星的存储方式类似堆栈结构，遵循先入后出的原则。子星的释放完全为逆过程子星解锁，抓手式主动滚轮反转，子星沿接收杆轴向分离。
与现有技术相比，本发明实现了单接收杆完成多个对接任务的要求，大大简化了对接机构的复杂度；绝大部分的主动机构都布置在子星上，从而提高了微纳星站的可靠性；接收杆既是对接部件，又是子星停靠的支架，有效的增加了星站的空间利用率；采用弱碰撞对接方式，无复杂的主动控制系统，成本相对较低。
图1是本发明的结构示意图具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括存储舱1、限位挡环2、接收杆3、对接锥4、对接孔5、抓手式主动滚轮6、从动滚轮7、限位缓冲柱8、锁紧锚9与环状齿槽10。接收杆3贯穿存储舱1的中轴线并延伸至舱外，限位挡环2位于存储舱1的底部中心。对接锥4在子星的顶端，对接孔5与对接锥4的顶部相连，贯穿子星轴线，抓手式主动滚轮6分布于对接孔5顶端的内壁上，从动滚轮7布置于抓手式主动滚轮6后的对接孔5内壁上，限位缓冲柱8位于子星尾部。锁紧锚9与环状齿槽10分别位于存储舱1的内壁上和子星的外壁上。
所述存储舱1，其结构为圆柱腔体，作用是存储对接后的子星，额定载荷为两颗。
所述限位挡环2，作用是限定第一颗子星进入舱内的位置。
所述接收杆3，作为子星的捕获杆兼停靠支架。
所述对接锥4，外形呈漏斗状，锥面与锥体中心轴的夹角为45度，作用是引导接收杆3进入对接孔5。
所述对接孔5，孔径稍大于接收杆3的直径，作用是让子星能够沿接收杆3穿行。
所述抓手式主动滚轮6，共四组，呈圆周分布在对接孔5顶端的内壁上，抓手式主动滚轮6可沿径向伸缩，作用是调整子星捕获接收杆3后的姿态。
所述从动滚轮7，共四组，呈圆周分布在抓手式主动滚轮6后的对接孔5内壁上，作用是辅助抓手式主动滚轮6对子星进行进舱前的调姿。
所述限位缓冲柱8，共三个，呈圆周分布于子星尾部，作用是限定第二颗子星进入舱内的位置。
所述锁紧锚9，共两组，每组三个呈圆周分布于存储舱1的内壁上，使用时，锁紧锚9嵌入环状齿槽10内，两者相互契合完成子星入舱后的锁紧动作。
本实施例工作时，子星以一定的初速度接近微纳星站伸出的接收杆3，对接锥4、接收杆3碰撞后的接触力驱使接收杆3进入子星的对接孔中，抓手式主动滚轮6随即收缩，压紧接收杆3并转动，驱动子星沿接收杆3爬行，最终在从动滚轮7的辅助下，子星沿接收杆3轴向进入存储舱内，抓手式主动滚轮6碰到舱内的限位挡环2后停止转动，锁紧锚9迅速放下，嵌入子星外壁的环状齿槽10内，完成锁紧动作。下一颗子星的对接过程完全类似，只不过上一颗子星尾部的限位缓冲柱8取代了限位挡环2的作用。子星的存储方式类似堆栈结构，遵循先入后出的原则。子星的释放完全为逆过程子星解锁，抓手式主动滚轮6反转，子星沿接收杆3轴向分离。
权利要求
1.一种空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，包括存储舱(1)、抓手式主动滚轮(6)、从动滚轮(7)，其特征在于，还包括限位挡环(2)、接收杆(3)、对接锥(4)、对接孔(5)、限位缓冲柱(8)、锁紧锚(9)与环状齿槽(10)；接收杆(3)贯穿存储舱(1)的中轴线并延伸至舱外，限位挡环(2)位于存储舱(1)的底部中心，对接锥(4)在子星的顶端，对接孔(5)与对接锥(4)的顶部相连，贯穿子星轴线，抓手式主动滚轮(6)分布于对接孔(5)顶端的内壁上，从动滚轮(7)布置于抓手式主动滚轮(6)后的对接孔(5)内壁上，限位缓冲柱(8)位于子星尾部，锁紧锚(9)与环状齿槽(10)分别位于存储舱(1)的内壁上和子星的外壁上。
2.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述存储舱(1)，其结构为圆柱腔体，存储对接后的子星，额定载荷为两颗子星。
3.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述对接锥(4)，外形呈漏斗状，锥面与锥体中心轴的夹角为45度，引导接收杆(3)进入对接孔(5)。
4.根据权利要求1或3所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述对接孔(5)孔径稍大于接收杆(3)的直径，让子星能够沿接收杆(3)穿行。
5.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述抓手式主动滚轮(6)，共四组，呈圆周分布在对接孔(5)顶端的内壁上。
6.根据权利要求1或5所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述抓手式主动滚轮(6)可沿径向收缩和张开，以调整子星捕获接收杆(3)后的姿态。
7.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述从动滚轮(7)，共四组，呈圆周分布在抓手式主动滚轮(6)后的对接孔(5)内壁上。
8.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述限位缓冲柱(8)，共三个，呈圆周分布于子星尾部。
9.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述锁紧锚(9)，共两组，每组三个呈圆周分布于存储舱(1)的内壁上。
10.根据权利要求1所述的空间微纳星站的锥-杆型对接与释放机构，其特征是，所述锁紧锚(9)嵌入环状齿槽(10)内，两者相互契合完成子星入舱后的锁紧动作。
全文摘要
一种空间微纳星站的锥－杆型对接与释放机构，应用于航天领域。本发明中，接收杆贯穿存储舱的中轴线并延伸至舱外，限位挡环位于存储舱的底部中心，对接锥在子星的顶端，对接孔与对接锥的顶部相连，贯穿子星轴线，抓手式主动滚轮分布于对接孔顶端的内壁上，从动滚轮布置于抓手式主动滚轮后的对接孔内壁上，限位缓冲柱位于子星尾部，锁紧锚与环状齿槽分别位于存储舱的内壁上和子星的外壁上。本发明的对接过程采用弱碰撞抓手的捕获方式和穿杆爬行的入舱手段，子星存储为堆栈式结构，具备单杆配置完成多个对接任务的特性，简化了机构的复杂度，提高了微纳星站的可靠性和空间利用率。
文档编号B64G1/64GK101033009SQ20071003963
公开日2007年9月12日 申请日期2007年4月19日 优先权日2007年4月19日
发明者邵晓巍, 徐颖, 陈吉安, 段登平 申请人:上海交通大学