专利名称：一种可更换模块对接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及航天飞行器装置，特别涉及空间可更换模块的安装锁定和解锁分离的
>J-U装直。
背景技术：
目前，公知的航天飞行器一般均为一次性使用产品。航天在轨维护与服务是为了延长在轨飞行器使用寿命，扩展和提高系统性能，而对在轨飞行器进行预定或应急的在轨检查、校正、维持、维修和升级更新等服务任务的空间活动。为实现以上在轨维护与服务，需要在有限的空间内，设计可更换模块对接装置，使其能够满足可更换模块与在轨飞行器之间的安装锁定功能；且在轨期间，通过与之配对的空间机械臂末端通用工具，能够实现可更换模块与在轨飞行器之间的分离；并在需要去除的可更换模块放置到废弃模块停泊接口后，机械臂末端通用工具能够抓取具有相同可更换模块对接装置的新模块，并将之可靠装配到在轨飞行器的原模块接口部位；最后，空间机械臂末端通用工具与新模块解除连接。在以上完成在轨飞行器废旧模块去除、新模块安装过程中，即需要设计一种可更换模块对接装置，要求其结构简单、动作可靠、质量轻，且具有一定的通用性。目前，没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了解决航天在轨维护与服务过程中，缺少有效装置，能够实现空间可更换模块的安装锁定和分离更换的问题，本发明的目的在于提供一种可更换模块对接装置。为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种可更换模块对接装置，该装置包括接纳锥，对接适配器和通用抓手；上述接纳锥安装于在轨飞行器上；上述对接适配器安装于可更换模块上；上述通用抓手安装于机械臂末端上，因此可以在机械臂末端驱动下绕中心轴线做顺、逆时针旋转运动及上下运动。上述接纳锥的下端具有安装导向锥，中间具有可容纳锁舌的锁舌卡口。上述对接适配器包括结构主体、锁舌、压簧和解锁推杆；结构主体的上端为与安装导向锥匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手内螺纹匹配的外螺纹，下端为与通用抓手上的抓手导向锥匹配的导向锥体结构；锁舌和压簧安装于结构主体的中上段，左右对称布置；解锁推杆左右对称安装于结构主体的中段，且解锁推杆上端处于锁舌解锁斜面上，当解锁推杆下端受向上的作用力时，解锁推杆向上运动，从而推动左右两个锁舌克服压簧作用力，向中心轴线运动；而解锁推杆下端解除向上的作用力时，压簧推动两个锁舌向中心轴线外方向运动，直到锁舌受到结构主体的阻挡，与此同时，锁舌斜面结构推动解锁推杆向下运动。上述通用抓手上端具有抓手导向锥；中间段内部为与对接适配器结构主体外螺纹匹配的内螺纹；下段中间部位安装有行程开关，用于对接适配器与通用抓手对接后，给出两者对接到位信号，以及后续的锁舌解锁到位信号。利用本发明，通过与之配对的空间机械臂末端通用工具，不但能够实现可更换模块与在轨飞行器之间的分离；并在需要去除的可更换模块放置到废弃模块停泊接口后，机械臂末端通用工具能够抓取具有相同可更换模块对接装置的新模块，并将之可靠装配到在轨飞行器的原模块接口部位；最后，空间机械臂末端通用工具与新模块解除连接，完成在轨飞行器废旧模块去除和新模块安装工作。能够满足在轨飞行器废旧模块去除、新模块安装的使用要求，且其结构简单、动作可靠、质量轻，并具有一定的通用性。
图1是本发明可更换模块对接装置的接纳锥，对接适配器和通用抓手，以及在轨飞行器，可更换模块和机械臂末端的结构示意图；图中:1_接纳锥、2-对接适配器、3-在轨飞行器、4-可更换模块、5-通用抓手、6-机械臂末端、7-行程开关、8-内螺纹、9-抓手导向锥、10-结构主体、11-外螺纹、12-解锁推杆、13-压簧、14-锁舌、15-可更换模块电器接头、16-飞行器电器接头、17-锁舌卡口、18-安装导向锥；图2是可更换模块与在轨飞行器安装锁定的剖视图；图3是机械臂末端捕获可更换模块的剖视图；图4是可更换模块与在轨飞行器解锁的剖视图；图5是可更换模块与在轨飞行器分离的剖视图。
具体实施例方式本发明根据轨维护与服务飞行器的需要而研制，可实现:可更换模块与在轨飞行器之间的安装锁定；以及在轨期间，通过与之配对的，安装在空间机械臂末端上的通用工具，能够实现可更换模块与在轨飞行器之间的分离；并通过后续的循环操作，实现在轨飞行器上的旧模块移除和新模块安装功能。下面结合
本发明的优选实施例。图1是本发明可更换模块对接装置的接纳锥，对接适配器和通用抓手，以及在轨飞行器，可更换模块和机械臂末端的结构示意图；如图1的实施例所示，该装置包括:接纳锥1，对接适配器2和通用抓手5 ;上述接纳锥I安装于在轨飞行器3上；上述对接适配器2安装于可更换模块4上；上述通用抓手5安装于机械臂末端6上，因此可以在机械臂末端6驱动下绕中心轴线做顺、逆时针旋转运动及上下运动。上述接纳锥I的下端具有安装导向锥18，中间具有可容纳锁舌的锁舌卡口 17。上述对接适配器2包括结构主体10、锁舌14、压簧13和解锁推杆12 ;结构主体10的上端为与安装导向锥18匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块4匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手5内螺纹8匹配的外螺纹11，下端为与通用抓手5抓手导向锥9匹配的导向锥体结构；锁舌14和压簧13安装于结构主体10的中上段，左右对称布置；解锁推杆12左右对称安装于结构主体10的中段，且解锁推杆12上端处于锁舌14解锁斜面上，当解锁推杆12下端受向上的作用力时，解锁推杆12向上运动，从而推动左右两个锁舌14克服压簧13作用力，向中心轴线运动；而解锁推杆12下端解除向上的作用力时，压簧13推动两个锁舌14向中心轴线外方向运动，直到锁舌14受到结构主体10的阻挡，与此同时，锁舌14斜面结构推动解锁推杆12向下运动。上述通用抓手5上端具有抓手导向锥9 ;中间段内部为与对接适配器2结构主体10外螺纹11匹配的内螺纹8 ;下段中间部位安装有行程开关7，用于对接适配器2与通用抓手5对接后，给出两者对接捕获到位信号，以及后续的对接解锁到位信号。下面进一步对本发明的工作状态和过程进行描述。下面对本发明实现可更换模块与在轨飞行器安装锁定的状态进行描述。图2是可更换模块与在轨飞行器安装锁定的剖视图；如图2的实施例所示，可更换模块4与在轨飞行器3通过接纳锥I和对接适配器2实现两者间的安装锁定，可更换模块电器接头15与飞行器电器接头16完成电器连接。可更换模块4所承受的径向载荷通过结构主体10与接纳锥I的圆柱接触面，以及可更换模块电器接头15与飞行器电器接头16的接触表面传递。可更换模块4所承受的轴向分离载荷通过锁舌14与锁舌卡口 17间的连接传递。对接适配器2内部的压簧13保证锁舌14处于伸出状态，使位于接纳锥I的锁舌卡口 17内部，从而实现可更换模块4与在轨飞行器3间的可靠安装锁定。下面对本发明实现机械臂末端捕获可更换模块的状态进行描述。图3是机械臂末端捕获可更换模块的剖视图；在机械臂末端6捕获可更换模块4之前，通用抓手5与对接适配器2的位置状态如图2所示。依靠通用抓手5上设计的抓手导向锥9和对接适配器2上的导向锥体结构，实现机械臂末端6和可更换模块4之间的位置和姿态偏差校正，之后通用抓手5在机械臂末端6驱动下绕中心轴线旋转向上运动，从而实现通用抓手5上的内螺纹8与对接适配器2上的外螺纹11间的螺纹连接，并最终实现机械臂末端6完全捕获可更换模块4，并通过安装在通用抓手5下段中间部位的行程开关7，给出对接捕获到位信号。下面对本发明实现可更换模块与在轨飞行器解锁的状态进行描述。图4是可更换模块与在轨飞行器解锁的剖视图；在机械臂末端6完全捕获可更换模块4，并通过安装在通用抓手5下段中间部位的行程开关7，给出对接捕获到位信号后，如图3所示，通用抓手5在机械臂末端6驱动下绕中心轴线继续旋转向上运动，从而使得通用抓手5上端的抓手导向锥9驱动对接适配器2上的解锁推杆12向上运动，进而使得解锁推杆12驱动锁舌14，克服压簧13作用力，向中心轴线方向运动，并最终实现锁舌14与接纳锥I的锁舌卡口 17脱离约束，即实现可更换模块4与在轨飞行器3之间的机械解锁状态。下面对本发明实现可更换模块与在轨飞行器分离的状态进行描述。图5是可更换模块与在轨飞行器分离的剖视图；在实现可更换模块4与在轨飞行器3之间的机械解锁状态后，通用抓手5在机械臂末端6驱动下沿中心轴线向下运动，从而带动对接适配器2和可更换模块4向下运动，并在可更换模块电器接头15与飞行器电器接头16完全脱离后，实现可更换模块4与在轨飞行器3之间的分离。下面对本发明实现可更换模块放置和新模块安装的工作过程进行描述。在机械臂末端6抓取可更换模块4，实现可更换模块4与在轨飞行器3之间的分离后，机械臂末端6将可更换模块4送至废旧模块停泊口，与废旧模块停泊口上设置的接纳锥I实现位置校正，类似如图4所示。接着，通用抓手5在机械臂末端6驱动下绕中心轴线反向旋转向下运动，使得解锁推杆12下端的作用力逐渐解除，压簧13推动两个锁舌14向中心轴线外方向运动，直到锁舌14受到结构主体10的阻挡，与此同时，锁舌14斜面结构推动解锁推杆12向下运动，锁舌14同时锁定接纳锥I上的锁舌卡口 17，类似如图3所示。随后，通用抓手5在机械臂末端6驱动下绕中心轴线继续反向旋转向下运动，直至机械臂末端6与可更换模块4完全脱离约束，类似如图2所示。通过以上操作，即实现了在轨飞行器3上的可更换模块4转移到废旧模块停泊口上的操作；采用类似操作，就可以实现配置有对接适配器2的新模块，向接纳锥I上的安装操作，从而实现新模块往在轨飞行器3上的安装。虽然本发明采用一个优选实施例进行说明，但是应当理解，这并不意味着本发明将局限于该实施例。相反，本发明将包括可以包含在由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有替代，变更和等同方案。
权利要求
1.一种可更换模块对接装置，其特征在于，该装置包括:接纳锥[I]、对接适配器[2]和通用抓手[5]，接纳锥[I]下端具有安装导向锥[18]，中间具有可容纳锁舌[14]上锁定结构的锁舌卡口 [17]，接纳锥[I]通过机械紧固件连接在在轨飞行器[3]上，对接适配器[2]主要构件为结构主体[10]，内部装配有解锁推杆[12]、压簧[13]和锁舌[14];结构主体[10]的上端为与安装导向锥[18]匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块[4]匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手[5]内螺纹[8]匹配的外螺纹[11]，下端为与通用抓手[5]上的抓手导向锥[9]匹配的导向锥体结构，压簧[13]和锁舌[14]安装于结构主体的中上段，左右对称布置；解锁推杆[12]左右对称安装于结构主体[10]的中段，且解锁推杆[12]上端处于锁舌[14]解锁斜面上。
2.根据权利要求1所述的一种可更换模块对接装置，其特征在于，所述接纳锥[I]下端具有安装导向锥[18]，中间具有可容纳锁舌[14]上锁定结构的锁舌卡口 [17]。
3.根据权利要求1所述的一种可更换模块对接装置，其特征在于，所述对接适配器[2]由结构主体[10]、解锁推杆[12]、压簧[13]和锁舌[14]组成；结构主体[10]的上端为与安装导向锥匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手[5]内螺纹匹配的外螺纹，下端为与通用抓手[5]上的抓手导向锥[9]匹配的导向锥体结构；压簧[13]和锁舌[14]安装于结构主体的中上段，左右对称布置；解锁推杆[12]左右对称安装于结构主体[10]的中段，且解锁推杆[12]上端处于锁舌[14]解锁斜面上。
4.根据权利要求1所述的一种可更换模块对接装置，其特征在于，所述通用抓手[5]上端具有抓手导向锥[9];中间段内部为与对接适配器结构主体外螺纹[11]匹配的内螺纹[8];下段中间部位安装有行程开关[7]。
全文摘要
本发明公开了一种可更换模块对接装置，该装置包括接纳锥、对接适配器和通用抓手。接纳锥通过机械紧固件连接在在轨飞行器上。对接适配器的结构主体上端为与安装导向锥匹配的导向锥体结构，中间部位为与可更换模块匹配的安装法兰结构，中下端为与通用抓手内螺纹匹配的外螺纹，下端为与通用抓手上的抓手导向锥匹配的导向锥体结构。利用本发明，不但能够实现可更换模块与在轨飞行器之间的分离；并将之可更换模块可靠装配到在轨飞行器的原模块接口部位；完成在轨飞行器废旧模块去除和新模块安装工作。能够满足在轨飞行器废旧模块去除、新模块安装的使用要求，且其结构简单、动作可靠、质量轻，并具有一定的通用性。
文档编号B64G1/64GK103121516SQ20111036894
公开日2013年5月29日 申请日期2011年11月18日 优先权日2011年11月18日
发明者汤树人, 康志宇, 靳永强 申请人:上海宇航系统工程研究所