一种被动柔顺组件及在轨补加接口装置的制作方法

本发明涉及一种被动柔顺组件及在轨补加接口装置，属于在轨服务技术领域。

背景技术：

在当前卫星的技术水平和使用模式下，推进剂携带量是影响卫星在轨寿命的主要因素。随着卫星功能扩展和性能提升，载荷重量不断增加，受限于运载发射能力与成本限制，推进剂初始携带量与卫星在轨寿命间的矛盾日益突出。

通常通过在轨补加的方式，解决推进剂初始携带量与卫星在轨寿命间的矛盾。目前，在轨补加方式通常为：服务星携带待加注推进剂，与目标星交汇对接，服务星的补加接口主动端与目标星补加接口被动端对准后，服务星的补加接口主动端由驱动装置推出，与被动端连接。在主动端和被动端对接时，对接精度需要达到优于0.05mm，对对准精度要求相当高，任务实现困难，若采用被动柔顺可大大降低对准操作难度，提高任务实现可靠性。

然后，现有被动柔性组件一般采用橡胶等非金属弹性部件实现被动柔顺，柔顺变形行程小、刚度小，无法满足在轨发射及空间舱外环境。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种被动柔顺组件及在轨补加接口装置，该组件变形行程大、刚度大，且可以避免使用非金属弹性部件，满足在轨发射及空间舱外环境要求。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种被动柔顺组件，包括二维移动台及设置在所述移动台上的第一调节板，所述二维移动台为中空结构，所述第一调节板上与所述二维平台中空部位相对应的位置设有中空关节轴承所述中空关节轴承用于固定待连接件。

在一可选实施例中，所述二维移动台包括第一调节组件、第二调节组件及两个弹性定位组件，所述第一调节组件用于自适应调节所述待连接件在x方向的位置偏差，所述第二调节组件用于自适应调节所述待连接件在与x方向垂直的y方向的位置偏差，其中一个所述弹性定位组件设置在所述第一调节组件和第二调节组件之间，所述第一调节板与所述第一调节组件通过另一个所述弹性定位组件连接，所述弹性定位组件用于使所述第一调节板、第一调节组件和第二调节组件回归至初始状态。

在一可选实施例中，所述第一调节组件包括第二调节板及两个第一直线导轨副，所述第二调节组件包括第三调节板和两个第二直线导轨副，两个所述第一直线导轨副的导轨对称固定连接在所述第二调节板上，两个所述第一直线导轨副的滑块固定连接在所述第一调节板上，所述第二调节板中部设有长条状通孔，所述长条状通孔的长度方向与所述第一直线导轨副长度方向一致，两个所述第二直线导轨副的导轨对称设置在所述第三调节板上，两个所述第二直线导轨副的滑块固定连接在所述第二调节板上，所述第二直线导轨副与所述第一直线导轨副的运动方向垂直，所述第三调节板中部对应于所述长条状通孔的部位设有方形通孔，且所述方形通孔的边长不小于所述长条状通孔的长度。4、根据权利要求3所述的被动柔顺组件，其特征在于，所述第一直线导轨副和第二直线导轨副均为滚珠型导轨副，且均为金属材质。

在一可选实施例中，所述弹性定位组件包括两组弹簧组件，所述弹簧组件包括弹簧和弹簧固定部，两组所述弹簧以所述柔顺组件的中心为对称中心对称设置且工作状态一致，位于所述第一调节组件和第二调节组件之间的所述弹簧固定部固定在所述第三调节板上，位于所述第一调节组件和第二调节组件之间的所述弹簧平行于所述第二直线导轨副，且一端与对应的所述弹簧固定部连接，另一端与所述第二调节板连接，位于所述第一调节板与所述第一调节组件之间的弹簧固定部设置在所述第二调节板上，位于所述第一调节板与所述第一调节组件之间的所述弹簧平行于所述第一直线导轨副，且一端与对应的所述弹簧固定部连接，另一端与所述第一调节板连接。

在一可选实施例中，所述弹簧固定部包括底座、调节杆及弹簧座，所述底座固定在对应的第二调节板或第三调节板上，所述弹簧座与所述调节杆之间螺纹连接且通过所述调节杆固定在所述底座上，所述弹簧固定在对应的弹簧座上。

在一可选实施例中，所述长条状通孔四周设有向所述第一调节板延伸的环状第一立壁，所述第一立壁的高度不高于所述第一直线导轨副滑块的高度，位于所述第一调节板和第二调节板之间的弹簧位于所述第一立壁和第一直线导轨副之间。

在一可选实施例中，所述方形通孔四周设有向所述第二调节板延伸的环状第二立壁，所述第二立壁高度不高于所述第二直线导轨副，位于所述第二调节板和第三调节板之间的弹簧位于所述第二立壁和所述第二直线导轨副之间。

在一可选实施例中，所述长条状通孔的长度与所述第一直线导轨副的有效行程一致。

在一可选实施例中，所述方形通孔平行于所述第二直线导轨副的边长与所述第二直线导轨副的有效行程一致。

一种在轨补加接口装置，包括机械臂、补加接口主动端、补加接口被动端及上述被动柔顺组件，所述主动端包括第一安装板和设置在所述第一安装板上的至少一个主动端阀体，所述被动端设有第二安装板及设置在所述第二安装板上的至少一个被动端阀体，所述柔顺组件位于所述第一安装板和第二安装板之间，且与所述第一调节板相背的一侧固定连接在所述第一安装板上，所述主动端阀体固定在所述关节轴承中空部位，在轨补加时，所述主动端到达所述主动端阀体与所述被动端阀体一一对应的位置，通过所述被动柔顺组件从多自由度自适应调节所述主动端阀体，以使所述主动端阀体与所述被动端阀体对准。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

通过将二维移动台与中空关节轴承结合，通过中空关节轴承固定主动端阀体，通过中空部位穿过与所述主动端阀体连接的油管等，在对接时，主动端阀体可以通过二维移动台实现水平面内x、y方向的位置调节，通过关节轴承实现轴向的位置调节，大大降低了对机械臂定位精度、主动柔顺要求，提高了任务实现可靠性；该组件变形行程大、刚度大，且可以避免使用非金属弹性部件，满足在轨发射及空间舱外环境要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置的被动端剖面图；

图3为本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置的被动端盖板扣合时示意图；

图4为本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置的被动端盖板打开时示意图；

图5为本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置的主动端与被动柔顺组件装配示意图；

图6为本发明实施例提供的一种被动柔顺组件半剖示意图；

图7为本发明实施例提供的第一调节组件结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第二调节组件结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第一调节板结构示意图；

图10为本发明实施例提供的弹簧固定部结构示意图。

其中：

1、底座，2、调节杆，3、弹簧座；

10、驱动组件，20、主动端，30、被动端、40、盖板，50、固定组件，60、弹性开关，70、扭簧，80、被动柔顺组件；

11、驱动电机，12、转动轴，13、限位块，21、第一安装板，22、主动端阀体，31、第二安装板，32、被动端阀体，51、固定部，52、转动部，81、第一调节板，82、第一调节组件，83、第二调节组件，84、弹性定位组件；

311、限位座，312、限位孔，313、安装座，314、第三通孔，811、关节轴承，821、第二调节板，822、第一直线导轨副，831、第三调节板，832、第二直线导轨副，841、弹簧，842、弹簧固定部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的结构组成和工作原理做进一步解释和说明。

参见图1，本发明实施例提供了一种通用在轨补加接口装置，包括机械臂(图中未示出)、驱动组件10、补加接口主动端20和补加接口被动端30，所述主动端20包括第一安装板21和设置在所述第一安装板21上的至少一个主动端阀体22，所述驱动组件安装在所述第一安装板21上，所述被动端30设有第二安装板31及设置在所述第二安装板31上的至少一个被动端阀体32，在轨补加时，所述机械臂抓取所述主动端20并带动所述主动端20到达所述主动端阀体22与所述被动端阀体32一一对应的位置，所述驱动组件10推动所述第一安装板21向靠近所述第二安装板31的方向运动，使所述主动端阀体22与所述被动端阀体32对接。

具体地，本发明实施例中，第一安装板21固定连接在服务星上，第二安装板固定连接在目标星上，可以通过星上控制系统控制机械臂带动主动端向被动端阀体方向运动；所述驱动组件可以是液压系统等能够给第一安装板提供推力的组件；

本发明实施例提供的一种通用在轨补加接口装置，通过机械臂带动补加接口主动端去对准被动端，降低服务星与目标星的对接精度要求，且补加接口主动端与被动端不要求安装在两星对接面，可根据卫星舱板布局灵活布置；驱动组件克服主动端和被动端阀体密封接口的大摩擦阻力，实现拉紧、对接，降低了对机械臂关节力矩要求。

如图2所示，在一可选实施例中，所述驱动组件10包括驱动电机11、转动轴12及限位块13，所述驱动电机11带动所述转动轴12转动，所述限位块13穿射在所述转动轴12上与所述转动轴12螺纹连接，所述第二安装板31上在与所述驱动组件10对应的位置设有限位座311，所述限位座311内设有限位孔312，在轨补加时，所述机械臂先带动所述第一安装板21运动使所述转动轴12探入所述限位座311内，直至所述限位块13到达预设位置，所述驱动电机11带动所述转动轴12转动，使所述限位块13的一端转动至所述限位孔312内停止转动，所述驱动电机11继续转动，带动所述第一安装板21向所述第二安装板31运动。

本发明提供的驱动组件，通过先将限位块下放置限位座内的预设位置，然后控制驱动电机转动，使限位块在圆周方向被限位座上的限位孔卡住，无法继续转动，电机继续转动时，限位块无法运动，第一安装板在螺纹副下拉近被第二安装板，直至完成对接，该对接方式可以产生巨大的拉紧力，确保主动端阀体和被动端阀体可靠对接；该驱动组件结构简单、重量轻，满足航天领域轻量化要求。

如图2～4所示，在一可选实施例中，所述的被动端还包括盖板40和固定组件50，所述固定组件50包括转动连接的固定部51和转动部52，所述固定部51固定在所述第二安装板31上，所述盖板40固定在所述转动部52上，所述盖板40覆盖在所述第二安装板31的与所述被动端阀体32相背一面，在轨补加时，所述机械臂先推动所述盖板40使所述转动部52转动，带动所述盖板40旋转至打开状态露出所述被动端阀体32的位置。在一可选实施例中，第二安装板31上设有被动端阀体安装座313，被动端阀体32固定在所述被动端阀体安装座313内，盖板40在在轨补加前，覆盖所述被动端阀体安装座开口。

本发明中盖板长期处于关闭状态，地面及发射过程中防止污染物进入被动端阀体，影响密封；在轨工作时作为热控及屏蔽措施，防止空间辐照直射被动端阀体。

如图2～4所示，在一可选实施例中，所述被动端还包括弹性开关60和扭簧70，所述扭簧70一端固定在所述转动部52上，另一端固定在所述固定部51上，当所述盖板40呈打开状态时，所述扭簧70产生复位扭矩，所述盖板40设有缺口，所述弹性开关60设置在所述第二安装板31上，且在轨补加前，所述盖板40挤压所述弹性开关60，当在轨补加时，所述盖板40的缺口转动到与所述弹性开关60对应的位置时，所述弹性开关60弹起限制所述盖板40复位。

本发明中被动端盖板采用扭簧定位，替代电机等有源组件，降低重量；弹性开关设置长期处于压缩关闭状态，设计上采用了按下开关复位盖板而不是初始时按下开关打开盖板，防止地面及发射过程中振动导致误开盖，固有可靠性高；

如图1所示，在一可选实施例中，所述限位座的延伸方向与所述被动端阀体32的延伸方向一致。

通过将限位座与被动端阀体设置在第二安装板的同一侧，可以节省第一安装板和第二安装板之间的空间。

如图2所示，在一可选实施例中，所述限位孔312沿轴向(图2中上下方向)具有一定高度，所述限位块13的一端转动至所述限位孔312内轴向先被卡住停止转动后，所述驱动电机11继续转动，带动所述限位块13在所述限位孔312内沿轴向运动，直至轴向被卡住，所述驱动电机11继续转动，所述转动轴12拉动所述第一安装板21向所述第二安装板31运动。

通过将限位孔轴向高度设计成大于限位块，当限位块一端被限位孔卡住而无法进行转动时，限位块只能沿轴向上升，直到高度方向也被限位孔卡住，此后，电机继续旋转带动所述限位块在所述限位孔内沿轴向运动，直至轴向被卡住，该结构增大了容差包络，降低了对机械臂定位精度的要求。

如图1和5所示，在一可选实施例中，所述的通用在轨补加接口装置还包括设置在所述第一安装板和第二安装板之间的被动柔顺组件80，如图6所示，所述被动柔顺组件80中部设有第一通孔(图6中组件中部贯穿整个组件的通孔)，所述被动柔顺组件80设置在所述第一安装板21上，所述第一安装板21上设有与所述第一通孔对应的第二通孔，所述主动端阀体22安装在所述被动柔顺组件上，所述第一通孔和第二通孔用于容设所述主动端阀体22及与其连接的管路(图中未示出)，所述被动柔顺组件80用于从多自由度自适应调节所述主动端阀体22对接位置。

本发明中被动柔顺组件大大降低了对机械臂定位精度、主动柔顺要求，提高了任务实现可靠性。

如图2所示，在一可选实施例中，所述第二安装板31上设有锥形第三通孔314所述主动端阀体22穿过所述第三通孔314与所述被动端阀体32对接。

本发明中第二安装板31上的锥形孔大圆尺寸大于主动端阀体22，阀体进入锥形孔后，在主动端阀体22插入过程中，阀体在锥面侧向力作用下，利用被动柔顺组件的弹性，自适应完成于被动端阀体32对中。

如图6所示，所述被动柔顺组件80包括二维移动台及设置在所述移动台上的第一调节板81，所述二维移动台的中轴线上设有第四通孔，所述第一调节板81上与所述第四通孔相对应的位置设有中空关节轴承811，所述第四通孔与所述关节轴承中空部位共同形成所述第一通孔。

本发明中被动柔顺组件中的关节轴承通孔、二维移动台通孔为阀体及其连接管路提供安装、存储空间，实现了对贯穿结构的被动柔顺功能。

在一可选实施例中，如图7～9所示，所述二维移动台包括第一调节组件82、第二调节组件83及两个弹性定位组件84，所述第一调节组件82用于自适应调节所述主动端阀体22在x方向的位置偏差，所述第二调节组件23用于自适应调节所述主动端阀体22在y方向的位置偏差，y方向与x方向垂直，其中一个所述弹性定位组件84设置在所述第一调节组件82和第二调节组件83之间，所述第一调节板与所述第一调节组件83通过另一个所述弹性定位组件84连接，所述弹性定位组件用于使连接的各部件回归至初始位置，其中初始位置优选为整个结构的中心位置。。

本发明中采用二维移动台结构实现平面内两个垂直方向形成，降低对接过程中对横向位置精度的要求，采用弹性定位系统实现二维移动台的自居中，使主动端阀体在工作前及不受力时处于中心位置。

在一可选实施例中，如图7所示，所述第一调节组件82包括第二调节板821及两个第一直线导轨副822，如图8所示，所述第二调节组件83包括第三调节板831和两个第二直线导轨副832，两个所述第一直线导轨副822的导轨对称固定连接在所述第二调节板821上，两个所述第一直线导轨副822的滑块固定连接在所述第一调节板81上，所述第二调节板821中部设有长条状通孔，所述长条状通孔的长度方向与所述第一直线导轨副822长度方向一致，两个所述第二直线导轨副的导轨对称设置在所述第三调节板831上，两个所述第二直线导轨副的滑块固定连接在所述第二调节板821上，所述第二直线导轨副832与所述第一直线导轨副822的运动方向垂直，所述第三调节板831中部对应于所述长条状通孔的部位设有方形通孔，且所述方形通孔的边长不小于所述长条状通孔的长度。本发明中被动柔顺组件采用导轨实现移动副，比常规采用弹性材料变形的被动柔顺方案行程更大，该被动柔顺组件可以满足加注接口主动端与被动端配合间隙小于0.05mm，加注过程实现在轨高精密装配。在一可选实施例中，所述长条状通孔的长度与所述第一直线导轨副833的有效行程一致。该长条状通孔可以为在被动柔顺调整中的管路提供运动空间。在一可选实施例中，所述方形通孔平行于所述第二直线导轨副832的边长与所述第二直线导轨副832的有效行程一致。该方形通孔可以为在被动柔顺调整中的管路提供运动空间。在一可选实施例中，所述第一直线导轨副822和第二直线导轨副832均为滚珠型导轨副，且均为金属材质。

直线导轨副内采用循环钢球支撑，与弹性柔顺方案高刚度、低摩擦，能够承受卫星发射振动环境，移动过程顺畅可靠；所有材料采用金属，适应在轨舱外辐照环境。

在一可选实施例中，如图7和8所示，所述弹性定位组件84包括两组弹簧组件，所述弹簧组件包括弹簧841和弹簧固定部842，两组所述弹簧841以所述柔顺组件的中心为对称中心对称设置且工作状态一致，且位于所述第一调节组件82和第二调节组件83之间的所述弹簧固定部842固定在所述第三调节板831上，位于所述第一调节组件82和第二调节组件83之间的所述弹簧841平行于所述第二直线导轨副，且一端与对应的所述弹簧固定部842连接，另一端与所述第二调节板821连接，位于所述第一调节板81与所述第一调节组件82之间的弹簧固定部842设置在所述第二调节板821上，位于所述第一调节板81与所述第一调节组件82之间的所述弹簧841平行于所述第一直线导轨副822，且一端与对应的所述弹簧固定部842连接，另一端与所述第一调节板81连接。

本发明中弹性定位组件采用两个对称布置的拉伸弹簧实现各调节板的自居中定位，行程大，被动柔顺刚度参数可调，方案可靠。

在一可选实施例中，如图7所示，所述长条状通孔四周设有向所述第一调节板延伸的环状第一立壁823，所述第一立壁的高度略低于所述第一直线导轨副822滑块的高度，位于第一调节板81和第二调节板821之间的弹簧位于所述第一立壁和第一直线导轨副822之间；如图8所示，所述方形通孔四周设有向所述第二调节板821延伸的环状第二立壁833，所述第二立壁高度略低于所述第二直线导轨副832，位于第二调节板821和第三调节板831之间的弹簧位于所述第二立壁和所述第二直线导轨副832之间；该结构可以防止弹簧等外部组件在振动过程中进入所述通孔，与内部贯通的阀体及管路干涉，提高产品可靠性。在一可选实施例中，如图10所示，所述弹簧固定部842包括底座1、调节杆2及弹簧座3，所述底座1固定在对应的第二调节板821或第三调节板831上，所述弹簧座3与所述调节杆2之间螺纹连接且通过所述调节杆2固定在所述底座上1，所述弹簧841固定在对应的弹簧座3上。在本发明实施例中，调节杆可以为螺钉、螺杆等结构。如图10所示，底座1设有相对的两个凸块，调节杆2穿设在两个凸块上，且与所述两个凸块螺纹连接，在所述连接杆两侧各平行设有一导向杆，所述导向杆穿设在所述凸块上的过孔内，以实现为所述调节杆2导向，进一步地，为防止振动环境下调节杆2相对于弹簧座3转动而导致弹簧拉力变化，本发明实施例中还包括穿设在所述调节杆2上的螺母4，螺母4用于固定调节杆2紧固在一所述凸起上实现防松。

该结构弹簧固定部可以调整拉伸弹簧的初始变形和拉力，解决弹簧加工误差，热处理后刚度不一致偏差，调节杆采用螺纹连接弹簧座，调整过程中旋转调节杆实现拉力微调，调节精度高，操作简便，降低装配难度，改善制造工艺性。

在一可选实施例中，所述第一安装板21上对称设有两个主动端阀体22，所述驱动组件10安装在两个所述主动端阀体22中心连线的中点上。

本发明中第一安装板上设置两个阀体，可同时实现两个密封通道，实现气、液两路传输、检测，提高在轨工作效率，且两个阀体互为主备份，有效提高任务可靠性；两个阀体相对于驱动组件对称布置，第一安装板和第二安装板在拉近对接过程中两端阻力对称、与中间驱动力平衡，无弯矩，降低结构应力及变形。

在一可选实施例中，所述的通用在轨补加接口装置还包括对称设置在所述第一安装板21面向所述第二安装板31一侧的至少两个刚性限位支座，用于确定所述第一安装板21下压到位。

本发明中采用两个对称布置的刚性限位支座，同时实现第一安装板21高精度到位，并且避免过行程损伤被动端阀体32。

在一可选实施例中，所述的通用在轨补加接口装置还包括触发开关，设置在所述刚性限位支座上，用于在所述第一安装板21下压到位时向控制端发送电信号。

本发明采用的触发开关实现到位信号监测，显示完成对接，驱动组件电机停止工作。

本发明未公开的部分为本领域的公知常识。