空间在轨捕获装置的制作方法

本发明属于航天技术领域，特别涉及一种空间在轨捕获装置。

背景技术：

随着国际空间站在轨组装、空间碎片清理、航天器燃料在轨加注和捕获敌方卫星等新型航天任务需求的出现，各国航天机构逐渐意识到，空间在轨捕获装置是未来空间碎片清理和空间战略攻防任务中的一项重要技术。

但是，传统航天器的空间在轨捕获装置采用刚性伸缩杆或者机械臂对在轨目标进行抓捕，不能够实现对空间目标物体进行大容错性捕获，且装置本身部具备机动灵活的运动、变形能力，不能够对逃逸目标实施主动机动抓捕。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种空间在轨捕获装置，该空间在轨捕获装置具有伸缩和弯曲功能，捕获能力强。

根据本发明实施例的空间在轨捕获装置包括：多个节间连接机构，每个所述节间连接机构设有多个安装位；驱动机构，相邻的两个所述节间连接机构之间设有两个驱动机构，两个所述驱动机构沿所述节间连接机构轴向方向对称设置，每个所述驱动机构包括：驱动装置；第一摆臂组件，所述第一摆臂组件的两端分别与所述驱动装置的一端和所述节间连接机构的安装位枢转连接；第二摆臂组件，所述第二摆臂组件的两端分别与所述驱动装置的另一端和所述节间连接机构的安装位枢转连接，所述驱动装置驱动所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件摆动且所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件的摆动方向相反；剪式机构阵列，所述剪式机构阵列盘绕在处于相邻所述节间连接机构的两个所述驱动机构上，以防止两个所述驱动机构在轴向方向移动。

根据本发明实施例的空间在轨捕获装置，通过驱动机构、节间连接机构和剪式机构阵列相互配合，从而保证空间在轨捕获装置具有伸缩和弯曲功能，进而可以对空间目标物进行大容错性和主动机动捕获，提高了空间在轨捕获装置的捕获能力。

另外，根据本发明实施例的空间在轨捕获装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述驱动装置包括：主臂；传动轴，所述主臂的轴向方向上设有所述传动轴；第一蜗轮蜗杆机构，所述第一蜗轮蜗杆机构设置于所述传动轴的一端；第二蜗轮蜗杆机构，所述第二蜗轮蜗杆机构设置于所述传动轴的另一端；伺服机构，所述伺服机构设在主臂上用于驱动所述传动轴转动，从而使得所述第一蜗轮蜗杆机构和所述第二蜗轮蜗杆机构分别带动所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件运动。

根据本发明的一个实施例，所述安装位为安装槽，所述第一摆臂组件和所述第二摆臂组件的其中一端分别伸入所述安装槽内。

根据本发明的一个实施例，每个所述节间连接机构包括两组安装位，每组所述安装位包括两个相对设置的所述安装槽。

根据本发明的一个实施例，两组安装位的连接线相互垂直。

根据本发明的一个实施例，所述主臂的两端端末分别设有用于容纳所述蜗轮的U型槽，两个所述U型槽的开口相反。

根据本发明的一个实施例，所述第一摆臂组件包括两个第一摆臂，两个所述第一摆臂的一端分别与所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮的转动轴连接且所述第一摆臂的内侧面贴合于所述U型槽的外侧壁上；所述第二摆臂组件包括两个第二摆臂，两个所述第二摆臂的一端分别与所述第一蜗轮蜗杆机构的蜗轮的转动轴连接且所述第二摆臂的内侧面贴合于所述U型槽的外侧壁上。

根据本发明的一个实施例，所述主臂设有安装面，所述传动轴通过轴承和轴承座安装定位在所述安装面上。

根据本发明的一个实施例，所述传动轴的设有齿轮，所述伺服机构与所述齿轮连接从而驱动所述传动轴转动。

根据本发明的一个实施例，所述主臂的侧壁上设有连接装置，所述剪式机构阵列通过所述连接装置盘绕在所述驱动机构上。

根据本发明的一个实施例，所述连接装置包括卡槽，所述剪式机构阵列卡设在所述卡槽内。

根据本发明的一个实施例，所述齿轮位于所述传动轴的中部，所述连接装置位于所述主臂的中部且位于所述齿轮的两侧。

根据本发明的一个实施例，所述剪式机构阵列包括至少两条相互缠绕的链条，每条链条包括多个节间臂，相邻的两个节间臂通过连接轴连接，两个链条的末端通过末端臂连接。

根据本发明的一个实施例，所述第一蜗轮蜗杆机构包括与所述传动轴的一端连接的第一蜗杆，所述第二蜗轮蜗杆机构包括与传动轴的另一端连接的第二蜗杆，所述第一蜗杆和所述第二蜗杆的齿轮旋转方向相反。

根据本发明的一个实施例，每个所述节间连接机构具有圆筒部，所述圆筒部的周壁上设有多个安装位。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的空间在轨捕获装置的立体图；

图2是根据本发明另一个实施例的空间在轨捕获装置的立体图；

图3是根据本发明一个实施例的空间在轨捕获装置的驱动机构的立体图；

图4是根据本发明一个实施例的空间在轨捕获装置的剪式机构阵列的立体图；

图5是根据本发明一个实施例的空间在轨捕获装置的节间连接机构的立体图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1-图5描述根据本发明实施例的空间在轨捕获装置100，该空间在轨捕获装置100大体可以包括：多个节间连接机构10、驱动机构20和剪式机构阵列30。

具体地，参考图1和图2结合图5所示，每个节间连接机构10具有圆筒部11，圆筒部11的周壁上设有多个安装位12。相邻的两个节间连接机构10之间设有两个驱动机构20，两个驱动机构20沿节间连接机构10轴向方向对称设置。

每个驱动机构20可以包括：驱动装置、第一摆臂组件和第二摆臂组件。第一摆臂组件的两端分别与驱动装置的一端和节间连接机构10的安装位12枢转连接。第二摆臂组件的两端分别与驱动装置的另一端和节间连接机构10的安装位12枢转连接，驱动装置驱动第一摆臂组件和第二摆臂组件摆动，且第一摆臂组件和第二摆臂组件的摆动方向相反。

换言之，第一摆臂组件的其中一端与驱动装置的一端枢转连接，第一摆臂组件的另一端与节间连接机构10的安装位12枢转连接，第一摆臂组件在驱动装置的一端与节间连接机构10的安装位12之间位置可以发生改变。同样地，第二摆臂组件的其中一端与驱动装置的另一端枢转连接，第二摆臂组件的另一端与节间连接机构10的安装位12枢转连接，第二摆臂组件在驱动装置的另一端与节间连接机构10的安装位12之间位置可以发生改变。

即空间在轨捕获装置100可以通过第一摆臂组件和第二摆臂组件的相反摆动，使得整个空间在轨捕获装置100各个节间连接机构10的运动具有很好的协同性和稳定性，使其具备灵活的运动和变形能力，从而可以对逃逸目标实施主动机动抓捕。

也就是说，根据本发明实施例的空间在轨捕获装置100可以包括两个或两个以上的节间连接机构10，相邻两个节间连接机构10设有两个驱动机构20，每个驱动机构20均包括驱动装置、第一摆臂组件、第二摆臂组件和剪式机构阵列30。驱动装置用于驱动第一摆臂组件和第二摆臂组件摆动，从而改变空间在轨捕获装置100的整体形状，即第一摆臂组件和第二摆臂组件的运动赋予了空间在轨捕获装置100的变形能力，从而可以对空间目标物可以实施主动机动抓捕和大容错性捕获。

剪式机构阵列30盘绕在处于相邻节间连接机构10的两个驱动机构20上，以防止两个驱动机构20在轴向方向移动。这样，空间在轨捕获装置100在运动时，通过设置剪式机构阵列30可以保证两个驱动机构20不会在轴向方向上发生位移，但是，可以随着第一摆臂组件和第二摆臂组件的运动在上下方向移动。

简言之，根据本发明实施例的空间在轨捕获装置100，通过驱动机构20、节间连接机构10和剪式机构阵列30相互配合，从而保证空间在轨捕获装置100具有伸缩和弯曲功能，进而可以对空间目标物进行大容错性和主动机动捕获，提高了空间在轨捕获装置100的捕获能力。

在本发明的一些实施例中，驱动装置可以包括：主臂21、传动轴22、第一蜗轮蜗杆机构23、第二蜗轮蜗杆机构24和伺服机构(图未示出)。

具体地，如图3所示，主臂21的轴向方向上设有传动轴22。第一蜗轮蜗杆机构23设置于传动轴22的一端。第二蜗轮蜗杆机构24设置于传动轴22的另一端。伺服机构设在主臂21上用于驱动传动轴22转动，从而使得第一蜗轮蜗杆机构23和第二蜗轮蜗杆机构24分别带动第一摆臂组件和第二摆臂组件运动。

也就是说，通过第一蜗轮蜗杆机构23可以带动第一摆臂组件运动，从而改变与第一摆臂组件连接的节间连接机构10的位置，通过第二蜗轮蜗杆机构24可以带动第二摆臂组件运动，从而改变与第二摆臂26组件连接的节间连接机构10的位置。在第一蜗轮蜗杆机构23和第二蜗轮蜗杆机构24的共同作用下，第一摆臂组件和第二摆臂组件可以同时改变节间连接机构10的位置，从而整体上改变空间在轨捕获装置100的形状，实现对空间目标物的有效抓捕。

可选地，第一蜗轮蜗杆机构23可以包括与传动轴22的一端连接的第一蜗杆，第二蜗轮蜗杆机构24可以包括与传动轴22的另一端连接的第二蜗杆，第一蜗杆和第二蜗杆的齿轮221旋转方向相反。这样，伺服机构在驱动传动轴22转动的过程中，由于第一蜗杆和第二蜗杆的齿轮221旋转方向相反，因此，第一蜗轮蜗杆机构23对第一摆臂组件施加的驱动力方向与第二蜗轮蜗杆机构24对第二摆臂组件施加的驱动力方向相反，从而使得相邻的节间连接机构10的运动方向相反，从而使得在轨捕获装置保持对称运动同时，具有较好的自锁功能。

在本发明的一个具体实施例中，主臂21设有安装面212，传动轴22通过轴承27和轴承座28安装定位在安装面212上。传动轴22的设有齿轮221，伺服机构与齿轮221连接从而驱动传动轴22转动。如图3所示，在该实施例中，安装面212为图3中主臂21的上表面，传动轴22的两端通过轴承27和轴承座28安装定位在安装面212上，且传动轴22与安装面212间隔一定的距离。其中，传动轴22的齿轮221可以设在其中部，轴承27和轴承座28位于齿轮221的两侧。

可选地，参考图2结合图5所示，安装位12为安装槽，第一摆臂组件和第二摆臂组件的其中一端分别伸入安装槽内。其中，安装槽可以由圆筒部11的周壁向内凹陷形成，如图5所示；安装槽也可以由圆筒部11的周壁向外凸出形成。

每个节间连接机构10包括两组安装位12，每组安装位12包括两个相对设置的安装槽。两组安装位12的连接线相互垂直。由此，可以保证空间在轨捕获装置100在空间自由旋转，提高空间在轨捕获装置100的伸缩和弯曲功能。

在本发明的另一个具体实施例中，如图3所示，所述主臂21的两端端末分别设有用于容纳所述蜗轮的U型槽211，两个所述U型槽211的开口相反。

第一摆臂25组件可以包括两个第一摆臂25，两个第一摆臂25的一端分别与第一蜗轮蜗杆机构23的蜗轮的转动轴连接且第一摆臂25的内侧面贴合于U型槽211的外侧壁上。第二摆臂26组件可以包括两个第二摆臂26，两个第二摆臂26的一端分别与第一蜗轮蜗杆机构23的蜗轮的转动轴连接且第二摆臂26的内侧面贴合于U型槽211的外侧壁上。

两个第一摆臂25和两个第二摆臂26的另一端可以通过销轴与安装槽连接，从而保证第一摆臂25组件和第二摆臂26组件在蜗轮转轴和安装槽之间自由枢转，改变空间在轨捕获装置100的空间位置。

在本发明再一些实施例中，主臂21的侧壁上设有连接装置，剪式机构阵列30通过连接装置盘绕在驱动机构20上。

具体地，连接装置可以包括卡槽213，剪式机构阵列30卡设在卡槽213内。齿轮221位于传动轴22的中部，连接装置位于主臂21的中部且位于齿轮221的两侧。由此，有效防止两个驱动机构20在轴向方向上位移，又可以提高两个驱动机构20之间的相互配合性，保证空间在轨捕获装置100具有较好的伸缩性和弯曲性。

其中，如图4所示，剪式机构阵列30包括至少两条相互缠绕的链条31，每条链条31包括多个节间臂311，相邻的两个节间臂311通过连接轴312连接，两个链条31的末端通过末端臂313连接。由此，进一步有效防止两个驱动机构20在轴向方向上位移，又可以提高两个驱动机构20之间的相互配合性，保证空间在轨捕获装置100具有较好的伸缩性和弯曲性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“、底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。