一种星箭对接环闩锁机构的制作方法

本发明属于卫星对接技术领域，尤其涉及一种星箭对接环闩锁机构。

背景技术：

高轨卫星研制周期长、价格昂贵，同时具有极为重要的战略性价值，这些卫星在轨发生故障导致无法正常完成任务，将对国家政治和经济等各方面造成严重影响。发展高轨故障卫星接管与维护技术，为在轨出现部分故障的卫星提供接管与在轨维护服务，以恢复其相应功能并正常使用，具有非常高的经济与社会效益。

为故障卫星提供在轨接管服务，首先需要维护卫星与故障卫星之间形成刚性连接，两者成为刚性组合体，即所谓的机械接管。现阶段，国内外已提出通过在轨抓捕形成两颗卫星组合体的主要技术手段有机械臂、智能飞爪、喷管对接以及仿生黏附等。机械臂主要依靠其末端携带抓捕爪，抓捕故障卫星的太阳电池阵桁架或星箭对接环，利用机械臂自身的阻尼特性以及维护飞行器姿控系统，完成对故障卫星捕获及组合体姿态稳定，但是其缺点是维护飞行器与失稳目标为半刚性连接，机械臂相关技术较为复杂，操作繁琐，对操控精细度要求高。智能飞爪可抓捕失稳目标的太阳电池阵帆板桁架以及星箭对接环，但是维护飞行器与失稳目标处于柔性连接状态，不利用对失稳目标姿态进行稳定控制。喷管对接方案的初始边界条件较高，要求接管飞行器与故障卫星的初始姿态及相对运动较一致，且对接过程中对gnc要求很高。对接后，维护飞行器与故障卫星之间不能形成刚性连接，对故障卫星的稳定控制不易实现。纳米刚毛仿生黏附技术具有黏附边界条件不高，黏附表面适应性强等特点，可以对失稳目标的外表面光滑处以及运载对接环进行黏附对接，但是能够适用于空间环境的仿生黏附装置相关技术和仿生黏附材料制备关键技术尚未攻克，因此该技术现阶段仅处于概念研究阶段。星箭对接环闩锁方案初始边界条件较高，要求维护飞行器与故障卫星的初始姿态及相对运动较一致，且对接过程中对gnc要求较高。对接后，维护飞行器与失稳目标之间形成刚性连接，通过接管飞行器对故障卫星进行姿态轨道控制。

针对目前国内外高轨卫星平台构型特点可知，一般高轨卫星平台的太阳电池阵桁架、主发动机喷管以及星箭对接环等部位可用于在轨抓捕，其中星箭对接环刚度较高，可作为刚性连接的部位。星箭对接环安装于卫星本体底部，由包带夹块夹紧星箭对接环的锁紧面和运载火箭支撑舱，而闩锁机构锁紧面为包带夹块夹紧位置，即星箭对接环的锁紧面，锁紧面为其下部翻边上表面。

现有技术中通过驱动卡爪径向移动使其卡紧星箭对接环的锁紧面，由于只利用径向锁紧力，锁紧时稳定性差，且锁紧力小。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种星箭对接环闩锁机构，其锁紧时稳定性好且锁紧力强。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种星箭对接环闩锁机构，包括：

连接座；

第一滑块，滑动连接于所述连接座；

锁扣连杆，所述锁扣连杆的第一端设有用于锁紧星箭对接环的卡爪，且所述锁扣连杆通过第一连接点转动连接于所述第一滑块；

锁紧所述星箭对接环时，所述锁扣连杆通过动力装置驱动以绕所述第一连接点转动，使所述卡爪向所述星箭对接环的锁紧面上方移动；同时所述动力装置带动所述第一滑块滑动，所述第一滑块带动所述锁扣连杆移动以使所述卡爪向所述锁紧面移动直至与其接触卡紧。

根据本发明一实施例，所述动力装置包括曲柄轮和锁紧连杆；

所述曲柄轮上设有弧形槽，所述曲柄轮转动连接于所述连接座且通过第一驱动装置驱动以旋转；

所述锁紧连杆的两端分别转动连接于所述曲柄轮和所述第一滑块；

所述锁扣连杆的第二端滑动连接于所述弧形槽，所述第一连接点位于所述锁扣连杆的两端之间；

锁紧所述星箭对接环时，所述曲柄轮转动以带动所述锁扣连杆的第二端在所述弧形槽中滑动，以使所述锁扣连杆在所述第一连接点发生转动；同时所述曲柄轮转动以带动所述锁紧连杆移动，所述锁紧连杆移动带动所述第一滑块滑动。

根据本发明一实施例，所述锁扣连杆包括第一杆和第二杆，所述第一杆的一端滑动连接于所述弧形槽，所述第一杆的另一端连接于所述第二杆的一端，所述第二杆的另一端设有所述卡爪，且所述第二杆相对所述第一杆朝所述锁扣连杆在锁紧时转动的反方向折弯。

根据本发明一实施例，所述第一连接点位于所述第一杆和所述第二杆的连接处。

根据本发明一实施例，包括连接于维护卫星的基座，所述连接座滑动连接于所述基座，且所述连接座通过第二驱动装置驱动以使其朝向或远离所述星箭对接环移动。

根据本发明一实施例，所述基座的第一端面和第二端面之间设有条形槽，所述连接座远离所述曲柄轮的一端滑动连接于所述基座的第一端面，所述锁扣连杆穿设于所述条形槽且其第一端位于所述基座的第二端面一侧，所述锁扣连杆可随所述连接座在所述条形槽中移动。

根据本发明一实施例，所述基座的第一端面上且在所述条形槽的两侧各设有一个导轨，所述连接座远离所述曲柄轮的一端设有两个第二滑块，且两个所述第二滑块分别位于所述锁扣连杆的两侧，所述第二滑块设于所述导轨。

根据本发明一实施例，所述第二驱动装置包括设于所述基座第一端面的螺杆、第一电机以及相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，所述螺杆螺纹连接于所述连接座，所述第一齿轮连接于所述螺杆的一端，所述第二齿轮连接于所述第一电机轴，且所述第一齿轮齿数大于所述第二齿轮。

根据本发明一实施例，所述连接座一端设有二个连接臂，所述曲柄轮通过一转轴设于两个所述连接臂之间，所述第一滑块滑动连接于两个所述连接臂之间。

根据本发明一实施例，所述第一驱动装置包括设于所述连接座的第二电机、以及相互啮合的第三锥齿轮和第四锥齿轮，所述第三锥齿轮和所述第四锥齿轮分别连接于所述第二电机轴和所述曲柄轮旋转中心。

根据本发明一实施例，所述锁扣连杆朝向所述星箭对接环一侧设有到位传感器，用于检测所述锁扣连杆接近或接触所述星箭对接环以到达锁紧位置。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明实施例中设置连接座、第一滑块和锁扣连杆，并通过动力装置使锁扣连杆上的卡爪卡紧星箭对接环的锁紧面，卡爪向锁紧面移动时由朝向星箭对接环的径向移动和朝向锁紧面的轴向移动组成，使锁紧时不会产生振动，稳定性好且锁紧力强；且径向移动和轴向移动通过同一动力装置驱动以同时进行，使锁紧步骤简单，容错率低。

(2)本发明实施例中动力装置包括曲柄轮和锁紧连杆，锁扣连杆滑动连接于曲柄轮上的弧形槽，锁紧连杆的两端分别转动连接于曲柄轮和第一滑块，通过曲柄轮的转动以提供锁扣连杆转动和第一滑块移动的动力，达到锁紧星箭对接环的目的，曲柄轮提供动力使整体负载力大且刚性强，不易产生振动，使锁紧时更加稳定可靠；且设置锁紧连杆使曲柄轮的转动同时可为第一滑块提供动力，使卡爪的锁紧力更强，且结构简单，不需要再额外设置卡爪轴向移动的驱动部件。

(3)本发明实施例中锁扣连杆包括第一杆和第二杆，第二杆相对第一杆朝锁扣连杆在锁紧时转动的反方向折弯，该折弯使锁扣连杆可以经过更小的转动角度以使卡爪到达星箭对接环锁紧面上方，使锁紧速度更快，以使卫星对接成功率更高；且转动角度小意味着驱动的行程小，使锁定刚度更强且容错率更低。

(4)本发明实施例中第一连接点位于所述第一杆和所述第二杆的连接处，使锁扣连杆转动更加自如，且使锁扣连杆锁紧力更强。

(5)本发明实施例中包括基座，连接座可在基座上朝向或远离星箭对接环移动，使维护卫星和故障卫星预对接靠近时的径向的相对位置精度不必特别高，可先使各个连接座远离星箭对接环，待维护卫星和故障卫星轴向位置接近到位时，连接座再向星箭对接环移动靠近，使卫星对接时速度更快、成功率更高。

(6)本发明实施例中锁扣连杆穿设于条形槽中，使整体结构更加紧凑，且使各个结构可以对称设置，锁紧时受力更加均匀。

(7)本发明实施例中设置两个导轨，且曲柄轮上的两个第二滑块分为位锁扣连杆的两侧，使锁扣连杆锁紧时受到的力可以均匀分散在两个第二滑块和导轨上，使承载力更强。

(8)本发明实施例中通过第一电机、第一齿轮和第二齿轮驱动螺杆，且第一齿轮齿数大于第二齿轮，达到减速的目的，使螺杆的扭矩更强，以使锁紧力更强。

(9)本发明实施例中连接座一端设有二个连接臂，曲柄轮和第一滑块均设于两个连接臂之间，使整体结构更加紧凑，且承载能力更强。

(10)本发明实施例中锁扣连杆朝向星箭对接环一侧设有到位传感器，使锁扣连杆到位时连接座可以自动停止移动。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明的一种星箭对接环闩锁机构未锁紧状态整体示意图一；

图2为本发明的一种星箭对接环闩锁机构未锁紧状态整体示意图二；

图3为本发明的一种星箭对接环闩锁机构未锁紧状态整体示意图三；

图4为本发明的一种星箭对接环闩锁机构未锁紧状态仰视图；

图5为本发明的一种星箭对接环闩锁机构锁紧状态整体示意图；

图6为本发明的一种星箭对接环闩锁机构局部示意图一；

图7为本发明的一种星箭对接环闩锁机构局部示意图二；

图8为本发明的一种星箭对接环闩锁机构局部示意图三；

图9为本发明的一种星箭对接环闩锁机构连接座示意图；

图10为本发明的一种星箭对接环闩锁机构对接时整体示意图；

图11为本发明的一种星箭对接环闩锁机构星箭对接环示意图；

图12为本发明的一种星箭对接环闩锁机构对接时局部放大图。

附图标记说明：

1：连接座；2：第一滑块；3：锁扣连杆；4：卡爪；5：曲柄轮；6：锁紧连杆；7：弧形槽；8：第一杆；9：第二杆；10：基座；11：条形槽；12：导轨；13：第二滑块；14：螺杆；15：第一电机；16：第一齿轮；17：第二齿轮；18：连接臂；19：第二电机；20：第三锥齿轮；21：第四锥齿轮；22：到位传感器；23：缓冲垫；24：星箭对接环；25：故障卫星；26：维护卫星；27：锁紧面；28：滑动槽；29：第二凸耳；30：第三凸耳；31：第一安装座；32：第二安装座；33：第三安装座；34：联轴器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

参看图1至图12，本发明提供一种星箭对接环闩锁机构，包括连接座1、第一滑块2和锁扣连杆3，通过动力装置使锁扣连杆3上的卡爪4卡紧星箭对接环24的锁紧面27，卡爪4向锁紧面27移动时由朝向星箭对接环24的径向移动和朝向锁紧面27的轴向移动组成，使锁紧时不会产生振动，稳定性好且锁紧力强；且径向移动和轴向移动通过同一动力装置驱动以同时进行，使锁紧步骤简单，容错率低。

具体的，参看图6至图9，第一滑块2滑动连接于连接座1，且滑动方向为沿连接座1长度方向，本实施例中连接座1的一端设有二个连接臂18，第一滑块2滑动连接于两个连接臂18之间，也就是说连接座1的一部分分为两半，形成两个连接臂18，两个连接臂18之间形成一个贯穿连接座1的腔体，第一滑块2设于该腔体中且其两端分别滑动连接于两个连接臂18。

进一步的，参看图9，在两个连接臂18之间可设置一个专门的滑动槽28，滑动槽28沿连接臂18长度方向开设，第一滑块2设于该滑动槽28中，使第一滑块2滑动更为顺畅，且滑动槽28底面封闭形成盲孔槽，使第一滑块2承载能力更强。

具体的，参看图1、图5至图8，锁扣连杆3的第一端设有用于锁紧星箭对接环24锁紧面27的卡爪4，卡爪4为一凸块，锁扣连杆3通过第一连接点转动连接于第一滑块2。

锁紧星箭对接环24时，锁扣连杆3通过动力装置驱动以绕第一连接点转动，以使其上的卡爪4向星箭对接环24的锁紧面27上方移动，该上方为距离锁紧面27垂直方向上一定距离的地方；同时动力装置带动第一滑块2滑动，第一滑块2滑动带动锁扣连杆3移动以使卡爪4向锁紧面27移动直至与其接触卡紧，而第一滑块2和锁扣连杆3的移动方向为向远离星箭对接环24方向移动，使卡爪4接近锁紧面，且锁紧面27为星箭对接环24翻边的上表面。

具体的，图1至图3、图5至图8，动力装置包括曲柄轮5和锁紧连杆6，曲柄轮5上设有弧形槽7，曲柄轮5转动连接于连接座1且通过第一驱动装置驱动以旋转，在本实施例中，曲柄轮5通过一转轴设于两个连接臂18之间，且位于两个连接臂18的末端，也就是说转轴的两端通过轴承穿设于两个连接臂18，转轴中间穿设于曲柄轮5旋转中心，且优选方案中该转轴与曲柄轮5固定连接，即转轴与曲柄轮5无相对转动，该设置使曲柄轮5可在两个连接臂18转动。曲柄轮5为不规则圆盘状，其一侧具有一弧状突出，弧形槽7设于该弧状突出处，设置该突出使的弧形槽7距离曲柄轮5的旋转中心更远，使得曲柄轮5带动锁扣连杆3时，可以以更小的转动角度使其到达锁紧位置，使锁紧响应更快，增加对接成功率。

锁紧连杆6的两端分别转动连接于曲柄轮5和第一滑块2，且可通过销轴与曲柄轮5转动连接，且锁紧连杆6与曲柄轮5的转动连接点不位于曲柄轮5的旋转中心，使锁紧连杆6、曲柄轮5和第一滑块2形成曲柄滑块机构，若锁紧连杆6与曲柄轮5的转动连接点位于曲柄轮5的旋转中心，则构不成曲柄滑块机构，也就无法使曲柄轮5带动锁紧连杆6运动。

锁扣连杆3的第二端滑动连接于弧形槽7，且锁扣连杆3通过位于其两端之间的第一连接点转动连接于所述第一滑块2，且为保证正常工作弧形槽7的圆心不位于第一连接点，弧形槽7的圆心位于第一连接点，则曲柄轮5转动时锁扣连杆3不会在第一连接点转动，也就无法完成锁紧。

锁紧星箭对接环24时，曲柄轮5转动以带动锁扣连杆3的第二端在弧形槽7中滑动，以使锁扣连杆3在第一连接点发生转动，该转动方向为朝向星箭对接环24转动；同时由于曲柄轮5的转动带动锁紧连杆6移动，以使第一滑块2向远离星箭对接环24方向移动。通过曲柄轮5的转动以提供锁扣连杆3转动和第一滑块2移动的动力，达到锁紧星箭对接环24的目的，曲柄轮5提供动力使整体负载力大且刚性强，不易产生振动，使锁紧时更加稳定可靠；且设置锁紧连杆6使曲柄轮5的转动同时可为第一滑块2提供动力，使卡爪4的锁紧力更强，且结构简单，不需要再额外设置卡爪4轴向移动的驱动部件。

进一步的，参看图6至图9，第一滑块2朝向锁扣连杆3的一侧设有两个第一凸耳，锁扣连杆3和锁紧连杆6设于两个凸耳之间，且通过一销轴贯穿连接锁扣连杆3、锁紧连杆6和两个凸耳，使锁扣连杆3和锁紧连杆6可以方便的转动连接于第一滑块2上。

具体的，参看图5至图8，锁扣连杆3包括第一杆8和第二杆9，第一杆8的一端滑动连接于弧形槽7，第一杆8的另一端连接于第二杆9的一端，第二杆9的另一端设有卡爪4，且第二杆9相对第一杆8朝锁扣连杆3在锁紧时转动的反方向折弯，该折弯使锁扣连杆3可以经过更小的转动角度以使卡爪4到达星箭对接环24锁紧面27上方，使锁紧速度更快，以使卫星对接成功率更高；且转动角度小意味着驱动的行程小，使锁定刚度更强且容错率更低。

进一步的，参看图5至图8，第一连接点位于第一杆8和第二杆9的连接处，使锁扣连杆3转动更加自如，且使锁扣连杆3锁紧力更强。且该第一连接点为用于安装销轴的通孔。

进一步的，参看1至图5、图10，还包括连接于维护卫星26的基座10，连接座1滑动连接于基座10，且连接座1通过第二驱动装置驱动以使其朝向或远离星箭对接环24移动，使维护卫星26和故障卫星25预对接靠近时的径向的相对位置精度不必特别高，可先使各个连接座1远离星箭对接环24，待维护卫星26和故障卫星25轴向位置接近到位时，连接座1再向星箭对接环24移动靠近，使卫星对接时速度更快、成功率更高。

具体的，参看图4，基座10的第一端面和第二端面之间设有贯穿的条形槽11，第一端面为靠近维护卫星26的一端面，第二端面为靠近故障卫星25的一端面，连接座1远离曲柄轮5的一端滑动连接于基座10的第一端面，锁扣连杆3穿设于条形槽11且其第一端位于基座10的第二端面一侧，锁扣连杆3可随连接座1在所述条形槽11中移动。条形槽11的设置使整体结构更加紧凑，且使各个结构可以对称设置，锁紧时受力更加均匀。且基座10下部还设有连接于维护卫星26的安装脚，基座10的第一端面和第二端面之间为一安装板，安装板与安转脚之间具有一容置腔，连接座1、曲柄轮5等部件均设于该容置腔。

进一步的，参看图4，基座10的第一端面上且在条形槽11的两侧各设有一个导轨12，导轨12的长度方向与条形槽11的长度方向一致，连接座1远离曲柄轮5的一端设有两个第二滑块13，且两个第二滑块13分别位于锁扣连杆3的两侧，第二滑块13设于导轨12，使锁扣连杆3锁紧时受到的力可以均匀分散在两个第二滑块13和导轨12上，使承载力更强。

具体的，参看图1至图5，第二驱动装置包括设于基座10第一端面的螺杆14、第一电机15以及相互啮合的第一齿轮16和第二齿轮17，螺杆14的设置长度方向与导轨12的长度方向一致，螺杆14的两端各通过一个第一安装座31连接于基座10的第一端面，且螺杆14与第一安装座31通过轴承连接，第一电机15通过一第二安装座32安装于基座10的第一端面；连接座1的一侧设有一个第二凸耳29，第二凸耳29可以与连接座1一体成型，也可以通过螺栓等单独安装在连接座1上，第二凸耳29沿导轨12长度方向设有一个螺纹孔，螺杆14螺纹连接于第二凸耳29上的螺纹孔以与连接座1连接；第一齿轮16连接于螺杆14的一端，第二齿轮17连接于第一电机15轴，且第一齿轮16齿数大于所述第二齿轮17，第一齿轮16齿数大于第二齿轮17，达到减速的目的，使螺杆14的扭矩更强，以使锁紧力更强。

进一步的，参看图2，参看图2，还包括一联轴器34，联轴器34一端与第一电机15轴相连，另一端通过一中间轴与第二齿轮17，且该中间轴通过轴承安装于第三安装座33上，第三安装座33安装于基座10的第一端面，安装联轴器34可以补偿螺杆14和第一电机15及第一齿轮16和第二齿轮17安装时造成的误差，且可起到过载保护作用以及可以缓冲冲击和吸振，使螺杆14转动时更加平稳可靠。

具体的，图7、图8，第一驱动装置包括设于连接座1的第二电机19、以及相互啮合的第三锥齿轮20和第四锥齿轮21，连接座1与第二凸耳29相对的一侧设有两个第三凸耳30，且两个第三凸耳30沿连接座1长度方向顺序排布，第三凸耳30可以与连接座1一体成型，也可以通过螺栓等单独安装在连接座1上，第二电机19沿连接座1的长度方向设置，且其两端分别安装于两个第三凸耳30，第三锥齿轮20连接于第二电机19轴，第四锥齿轮21连接于穿设于两个连接臂18和曲柄轮5的转轴上，也就是说第二电机19的旋转轴与曲柄轮5的旋转轴垂直，这样更有利于结构的设计，使整体结构更加紧凑。

进一步的，参看图1，锁扣连杆3朝向星箭对接环24一侧设有到位传感器22，用于检测锁扣连杆3接近或接触星箭对接环24以到达锁紧位置，使锁扣连杆3到位时连接座1可以自动停止移动，到位传感器22可以为点触式传感器，也可以为接近传感器等。

进一步的，参看图1，缓冲垫23基座10的第二端面上设有缓冲垫23，优选为在条形槽11的两侧各设有一个缓冲垫23，用于与星箭对接环24对接接触时起缓冲作用，材料可以为橡胶等材质。

下面对本发明工作过程作进一步说明：

本实施例中以维护卫星26与故障卫星25对接为例说明，在其它种类的卫星对接时也可适用本发明。

首先在维护卫星26上安装若干个本发明的星箭对接环闩锁机构，本实施例中为四个，按圆周均布设置，且初始时各个连接座1均处于远离四个星箭对接环24闩锁机构构成的圆心；接着控制维护卫星26接近故障卫星25，直至缓冲垫23与星箭对接环24接触，使星箭对接环24闩锁机构到达锁紧预定位置。

锁紧时，第一电机15工作，通过联轴器34依次带动第二齿轮17、第一齿轮16和螺杆14转动，螺杆14转动带动连接座1在导轨12上滑动以朝向星箭对接环24移动，当锁扣连杆3上的到位传感器22触碰到星箭对接环24外翻边时候，触发到位传感器22使其发送到位信号，第一电机15停止工作，第二电机19开始工作，第二电机19依次带动第三锥齿轮20、第四锥齿轮21和曲柄轮5转动，曲柄轮5转动带动锁扣连杆3的第二端在弧形槽7中滑动，锁扣连杆3在第一连接点处转动，转动方向为朝向星箭对接环24，卡爪4向星箭对接环24的锁紧面27上方移动，同时锁紧连杆6被曲柄轮5带动，锁紧连杆6带动第一滑块2在滑动槽28中滑动，锁扣连杆3随着第一滑块2向远离星箭对接环24方向移动，使得卡爪4向锁紧面27移动直至与其接触卡紧，卡爪4与锁紧面27卡紧时第二杆9与基座10的第二端面呈90度、与连接座1长度方向和星箭对接环24轴向平行。卡爪4实际的运动轨迹为向锁紧面27上方移动和向锁紧面27移动组合的斜向运动轨迹。

解锁时，第二电机19反转，带动曲柄轮5反转，曲柄轮5带动锁扣连杆3和锁紧连杆6反向运动，卡爪4与锁紧面27断开接触且向远离锁紧面27移动，然后第一电机15反转，螺杆14带动连接座1远离星箭对接环24，完成解锁。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。