一种用于多体变构卫星对接的刚柔双模缓冲装置

1.本发明涉及缓冲装置技术领域，特别涉及一种用于多体变构卫星对接的刚柔双模缓冲装置。


背景技术：

2.多体变构卫星在构型变换过程中会涉及到卫星之间的对接，为减缓对接碰撞力对卫星本体的冲击，需要在相邻两颗多体变构卫星之间安装缓冲机构。多体变构卫星的星间对接碰撞可分解为两种基本运动形式，即直线碰撞和旋转碰撞。按照刚体在空间运动的自由度定义，直线碰撞对应平动自由度，旋转碰撞对应转动自由度。因此，设计一种同时具有平动和转动功能的二自由度缓冲机构，对于实现多体变构卫星的星间对接柔顺化具有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种用于多体变构卫星对接的刚柔双模缓冲装置，以解决现有技术中相邻两颗多体变构卫星在对接过程中冲击大的技术问题。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种用于多体变构卫星对接的刚柔双模缓冲装置，包括直线缓冲机构、直线驱动机构、锁紧外壳、旋转缓冲机构、锁紧机构和控制器；所述直线驱动机构架设在所述直线缓冲机构上，所述锁紧外壳安装在所述直线驱动机构的右侧，且位于所述直线驱动机构的活动端上，所述旋转缓冲机构的活动端安装在所述直线缓冲机构的右侧，所述锁紧机构安装在所述旋转缓冲机构的固定端的右侧，所述锁紧机构用于对所述锁紧外壳进行锁紧；所述锁紧机构的右侧与外部的多体变构卫星固定连接；所述直线驱动机构和所述锁紧机构均与所述控制器电连接。
5.优选的，所述直线缓冲机构包括第一连接架、压杆、第一连接座、滑动组件、弹簧、弹簧套筒和第一连接板。
6.所述第一连接架通过所述滑动组件与所述第一连接座滑动连接，所述压杆一端固定在第一连接架上，另一端伸入到所述第一连接座的内侧，所述第一连接板安装在所述第一连接座的右侧，所述直线缓冲机构通过所述第一连接板固定在所述旋转缓冲机构的活动端上；所述弹簧套筒安装在所述第一连接板的左侧中部，所述弹簧设置在所述第一连接座的内侧，所述弹簧一端抵接在所述弹簧套筒的内壁上，另一端抵接在所述压杆上。
7.优选的，所述第一连接架呈c字型，所述压杆设置在所述第一连接架的内壁中部，所述滑动组件的数量设置有两个，所述第一连接架的前后两侧分别通过两个所述滑动组件与所述第一连接座的前后两侧滑动连接。
8.优选的，所述滑动组件包括滑块和滑轨，所述滑块安装在所述第一连接架上，所述滑轨安装在所述第一连接座上，所述滑块滑动连接在所述滑轨上。
9.优选的，所述直线驱动机构包括第一电机、第一丝杆、第二连接板；所述第一电机安装在所述直线缓冲机构的上部，所述第一丝杆安装在所述第一电机的右侧，且固定安装在所述第一电机的输出轴上，所述第二连接板安装在所述锁紧外壳的左侧，所述第一丝杆与所述第二连接板螺纹传动连接，所述第一电机与所述控制器电连接。
10.优选的，所述旋转缓冲机构包括第二连接架、第二连接座、第一转轴、第二转轴、扭簧和连接块；所述第二连接座设置在所述第二连接架的内侧，所述第二连接座的上部和下部分别通过第一转轴和第二转轴与所述第二连接架的上部和下部转动连接，所述连接块固定安装在所述第一转轴上且远离所述第二连接架的一侧，所述扭簧套装在所述第一转轴上，所述扭簧的两端分别与所述连接块和所述第二连接架固定连接；所述直线缓冲机构安装在所述第二连接座上。
11.优选的，所述缓冲装置还包括与控制器电连接的电磁制动器，所述电磁制动器安装在所述第二连接架的下部，所述第二转轴与所述电磁制动器连接，所述电磁制动器用于对所述第二转轴进行制动。
12.优选的，所述锁紧机构包括第一安装板、第二电机、第二丝杆、导向组件、夹杆、第二安装板和锁紧内壳，所述夹杆通过导向组件安装在所述第一安装板上，所述第二电机安装在所述第一安装板上，所述第二丝杆安装在所述第二电机的输出轴上，所述第二丝杆与所述夹杆螺纹传动连接，所述夹杆用于对所述锁紧外壳进行夹紧，所述锁紧内壳设置在所述第二电机的外围，所述导向组件安装在所述锁紧内壳的外壁上，所述第二安装板安装在所述锁紧内壳的右端，所述第二安装板的右端与外部的多体变构卫星固定连接；所述第二电机与所述控制器电连接。
13.优选的，所述第一安装板、所述第二电机、所述第二丝杆、所述导向组件和所述夹杆的数量均设置为两个，且分别沿前后方向对称设置，所述锁紧内壳设置在两个所述导向组件之间。
14.优选的，所述导向组件包括第三连接板、若干根导向杆和若干个挡块，所述第三连接板安装在所述第一安装板前后方向的其中一侧，且安装在所述锁紧内壳的外壁上，若干根所述导向杆一端连接在所述第三连接板上，另一端从最近的所述夹杆穿过，若干根所述导向杆和若干个所述挡块的数量相等，且分别对应，若干个所述挡块分别安装在若干根所述导向杆上且远离所述第三连接板的一侧。
15.本发明的有益效果：本发明具有两种模式，分别是柔性缓冲模式和刚性连接模式；在两颗相邻的多体变构卫星对接的过程中，此时本发明进入到柔性缓冲模式，即锁紧机构未对锁紧外壳进行锁紧，在柔性缓冲模式下，本发明通过直线缓冲机构和旋转缓冲机构，在两颗相邻的多体变构卫星对接的过程中，无论直线和/或旋转碰撞过程中，均能起到很好的缓冲效果，减缓了两颗相邻多体变构卫星在对接过程中产生的撞击力；在两颗相邻的多体变构卫星对接后，使用锁紧机构对锁紧外壳锁紧后，此时本发明进入到刚性连接模式，此时整个缓冲装置成为一个整体，能避免交接后的两颗多体变构卫星发生相对运动，能很好的对两颗多体变构卫星进行连接。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的三维结构示意图；图3为直线缓冲机构的结构示意图的放大图；图4为直线缓冲机构、直线驱动机构和锁紧外壳的连接示意图的放大图；图5为旋转缓冲机构的结构示意图的放大图；图6为锁紧机构的的结构示意图的放大图；附图标记说明：1、直线缓冲机构；11、第一连接架；111、第一支撑板；112、第一中间板；12、压杆；13、第一连接座；131、固定块；132、平板；14、滑动组件；141、滑块；142、滑轨；15、弹簧；16、弹簧套筒；17、第一连接板；2、直线驱动机构；21、第一电机；22、第一丝杆；23、第二连接板；24、固定架；3、锁紧外壳；4、旋转缓冲机构；41、第二连接架；411、第二支撑板；412、第二中间板；42、第二连接座；421、横板；422、竖板；43、第一转轴；44、第二转轴；45、扭簧；46、连接块；5、锁紧机构；51、第一安装板；52、第二电机；53、第二丝杆；54、导向组件；541、第三连接板；542、导向杆；543、挡块；55、夹杆；56、第二安装板；57、锁紧内壳；6、电磁制动器。
具体实施方式
17.下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明的描述中，相关方位或位置关系为基于图1所示的方位或位置关系，其中，“上”、“下”是指图1的上下方向，以图1为例，垂直纸面向上为上，垂直纸面向下为下，垂直纸面向左为左，垂直纸面向右为右，垂直纸面向内为前，垂直纸面向外为后，左右方向为横向，上下方向为竖向。需要理解的是，这些方位术语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。
18.另外，在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
19.参照图1和图2，本技术实施例提供了一种用于多体变构卫星对接的刚柔双模缓冲装置，包括直线缓冲机构1、直线驱动机构2、锁紧外壳3、旋转缓冲机构4、锁紧机构5和控制器；所述直线驱动机构2架设在所述直线缓冲机构1上，所述锁紧外壳3安装在所述直线驱动机构2的右侧，且位于所述直线驱动机构2的活动端上，所述旋转缓冲机构4的活动端安装在所述直线缓冲机构1的右侧，所述锁紧机构5安装在所述旋转缓冲机构4的固定端的右侧，所述锁紧机构5用于对所述锁紧外壳3进行锁紧；所述锁紧机构5的右侧与外部的多体变构卫星固定连接；
所述直线驱动机构2和所述锁紧机构5均与所述控制器电连接。
20.参照图3，在本实施例中，所述直线缓冲机构1包括第一连接架11、压杆12、第一连接座13、滑动组件14、弹簧15、弹簧套筒16和第一连接板17；所述第一连接架11通过所述滑动组件14与所述第一连接座13滑动连接，所述压杆12一端固定在第一连接架11上，另一端伸入到所述第一连接座13的内侧，所述第一连接板17安装在所述第一连接座13的右侧，所述直线缓冲机构1通过所述第一连接板17固定在所述旋转缓冲机构4的活动端上；所述弹簧套筒16安装在所述第一连接板17的左侧中部，所述弹簧15设置在所述第一连接座13的内侧，所述弹簧15一端抵接在所述弹簧套筒16的内壁上，另一端抵接在所述压杆12上。
21.在本实施例中，外部的交会对接机构分拆成两部分，即对接公头组件和对接母头组件，本发明上的直线驱动机构2固定安装在对接公头组件的右侧，所述锁紧机构5的右侧固定在其中一颗多体变构卫星上，对接母头组件安装在另一颗多体变构卫星上，在相邻的两颗多体变构卫星在利用对接公头组件和对接母头组件进行对接时，利用本发明可对两颗多体变构卫星对接过程产生的撞击力进行缓冲，能避免两颗多体变构卫星在对接过程中受损。
22.在本实施例中，所述第一连接架11呈c字型，所述压杆12设置在所述第一连接架11的内壁中部，所述滑动组件14的数量设置有两个，所述第一连接架11的前后两侧分别通过两个所述滑动组件14与所述第一连接座13的前后两侧滑动连接。
23.所述第一连接架11包括两块第一支撑板111和第一中间板112，两块所述第一支撑板111分别安装在所述第一中间板112的前后两端，所述压杆12固定安装在所述第一中间板112的右端中间位置；所述第一连接座13包括两个固定块131和平板132，两个所述固定块131分别安装在所述平板132的前后两侧，所述第一连接板17固定安装在两个所述固定块131的右端。
24.在本实施例中，所述滑动组件14包括滑块141和滑轨142，所述滑块141安装在所述第一连接架11上，所述滑轨142安装在所述第一连接座13上，所述滑块141滑动连接在所述滑轨142上。
25.在本实施例中，两个所述滑轨142分别横向安装在两个所述固定块131的前后两端，两个所述滑块141一侧分别滑动连接在两个所述滑轨142上，两个所述滑块141另一侧分别固定安装在两块所述第一支撑板111上。
26.所述直线缓冲机构1的工作过程为：在两颗多体变构卫星对接前，如果两颗多体变构卫星沿直线方向进行对接，且两者之间没有相对摆动时，在两者对接的那一刻，第一连接架11受到向右的撞击力，第一连接架11通过滑动组件14沿第一连接座13向右滑动，由于第一连接架11和第一连接座13之间设置有弹簧15，在弹簧15的作用下，第一连接架11受到的向右的撞击力得到缓冲。
27.参照图1和图4，在本实施例中，所述直线驱动机构2包括第一电机21、第一丝杆22、第二连接板23和固定架24；所述第一电机21通过所述固定架24安装在所述直线缓冲机构1的上部，所述第一丝杆22安装在所述第一电机21的右侧，且固定安装在所述第一电机21的输出轴上，所述第二连接板23安装在所述锁紧外壳3的左侧，所述第一丝杆22与所述第二连接板23螺纹传动连接，所述第一电机21与所述控制器电连接。
28.所述直线驱动机构2的工作过程为：当需要驱动锁紧外壳3向锁紧机构5方向运动时，启动第一电机21，第一电机21驱动第一丝杆22正向转动，由于第一丝杆22与第二连接板23采用螺纹传动连接，且第二连接板23固定安装在所述锁紧外壳3上，在第一丝杆22正向转动的过程中，可推动锁紧外壳3向向锁紧机构5方向运动；当需要对锁紧外壳3进行拉扯，使得锁紧外壳3向远离锁紧机构5方向运动时，启动第一电机21，第一电机21反向转动即可实现，以下不再详细说明。
29.参照图5，在本实施例中，所述旋转缓冲机构4包括第二连接架41、第二连接座42、第一转轴43、第二转轴44、扭簧45和连接块46；所述第二连接座42设置在所述第二连接架41的内侧，所述第二连接座42的上部和下部分别通过第一转轴43和第二转轴44与所述第二连接架41的上部和下部转动连接，所述连接块46固定安装在所述第一转轴43上且远离所述第二连接架41的一侧，所述扭簧45套装在所述第一转轴43上，所述扭簧45的两端分别与所述连接块46和所述第二连接架41固定连接；所述直线缓冲机构1安装在所述第二连接座42上。
30.所述第二连接架41包括两块所述第二支撑板411和第二中间板412，两块所述第二支撑板411在横向平面内相互平行且间隔设置，第二中间板412竖向设置，且第二中间板412的两端分别连接在两块所述第二支撑板411之间。
31.所述第二连接座42包括两块横板421和两块竖板422，两块所述横板421在横向平面内相互平行且间隔设置，两块所述竖板422设置在两块所述横板421之间，用于对两块所述横板421进行连接，所述第一转轴43的一端与上方的横板421固定连接，另一端与上方的所述第二支撑板411转动连接；所述第二转轴44的一端与下方的横板421固定连接，另一端与下方的所述第二支撑板411转动连接，所述第一连接板17固定安装在两块横板421和两块竖板422的左端；所述扭簧45一端固定在上方的所述第二支撑板411固定连接，另一端与所述连接块46固定连接。
32.在本实施例中，所述缓冲装置还包括与控制器电连接的电磁制动器6，所述电磁制动器6安装在所述第二连接架41的下部，所述第二转轴44与所述电磁制动器6连接，所述电磁制动器6用于对所述第二转轴44进行制动。
33.在本实施例中，所述旋转缓冲机构4的工作过程中：在两颗多体变构卫星对接前，如果两颗多体变构卫星沿直线方向进行对接，且两者之间有小幅度的相对摆动时，在两者对接的那一刻，第一连接架11受到向右的撞击力，弹簧15对直线方向的撞击力进行缓冲，且由于第二连接座42通过第一转轴43、第二转轴44与所述第二连接架41转动连接，且第二连接座42和第二连接架41之间设置有扭簧45，所述直线缓冲机构1安装在所述旋转缓冲机构4的右侧，如果两颗多体变构卫星对接前有小幅度的相对摆动时，在对接后的一刻，直线缓冲机构1、直线驱动机构2、锁紧外壳3和第二连接座42会绕着第一转轴43和第二转轴44转动，在扭簧45和电磁制动器6的作用下，可对两颗多体变构卫星对接前有小幅度的相对摆动进行缓冲，同时在扭簧45和电磁制动器6的作用下，可对第二连接座42和直线缓冲机构1进行复位。
34.参照图2和图6，在本实施例中，所述锁紧机构5包括第一安装板51、第二电机52、第二丝杆53、导向组件54、夹杆55、第二安装板56和锁紧内壳57，所述夹杆55通过导向组件54安装在所述第一安装板51上，所述第二电机52安装在所述第一安装板51上，所述第二丝杆
53安装在所述第二电机52的输出轴上，所述第二丝杆53与所述夹杆55螺纹传动连接，所述夹杆55用于对所述锁紧外壳3进行夹紧，所述锁紧内壳57设置在所述第二电机52的外围，所述导向组件54安装在所述锁紧内壳57的外壁上，所述第二安装板56安装在所述锁紧内壳57的右端，所述第二安装板56的右端与外部的多体变构卫星固定连接；所述第二电机52与所述控制器电连接。
35.所述第一安装板51、所述第二电机52、所述第二丝杆53、所述导向组件54和所述夹杆55的数量均设置为两个，且分别沿前后方向对称设置，所述锁紧内壳57设置在两个所述导向组件54之间。
36.在本实施例中，所述导向组件54包括第三连接板541、若干根导向杆542和若干个挡块543，所述第三连接板541安装在所述第一安装板51前后方向的其中一侧，且安装在所述锁紧内壳57的外壁上，若干根所述导向杆542一端连接在所述第三连接板541上，另一端从最近的所述夹杆55穿过，若干根所述导向杆542和若干个所述挡块543的数量相等，且分别对应，若干个所述挡块543分别安装在若干根所述导向杆542上且远离所述第三连接板541的一侧。在本实施例中，若干根导向杆542的数量设置为两根，若干个挡块543的数量设置为两个。所述锁紧外壳3的内壁上对应所述第三连接板541位置设置有定位槽，在本发明进入到刚性连接模式时，直线驱动机构2驱动锁紧外壳3向锁紧内壳57方向运动，直至第三连接板541与所述锁紧外壳3内壁上的定位槽抵接，通过设置第三连接板541，可对锁紧外壳3进行定位，使得锁紧外壳3更加牢固更加准确的套合在所述锁紧内壳57上。
37.在本实施例中，所述锁紧机构5的工作过程为：在两颗多体变构卫星对接完成后，需要将使本发明进入到刚性连接模式时，启动第二电机52，第二电机52驱动第二丝杆53转动，由于第二丝杆53和与所述夹杆55螺纹传动连接，在第二丝杆53转动的过程中，可驱动所述夹杆55向锁紧外壳3方向靠拢，所述锁紧外壳3上对应所述夹杆55的夹持部位开设有通孔，所述夹杆55伸入通孔内，将锁紧外壳3夹紧，通过设置通孔，可使得两根所述夹杆55将锁紧外壳3夹持得更紧，能有效防止锁紧外壳3和锁紧内壳57之间在刚性连接模式时相互摆动；当需要将锁紧外壳3松开时，反向启动第二电机52，第二电机52驱动第二丝杆53反向转动即可实现，以下不再详细说明。
38.本发明具有两种模式，分别是柔性缓冲模式和刚性连接模式；在两颗相邻的多体变构卫星对接的过程中，此时本发明进入到柔性缓冲模式，即锁紧机构未对锁紧外壳进行锁紧，在柔性缓冲模式下，本发明通过直线缓冲机构1和旋转缓冲机构4，在两颗相邻的多体变构卫星对接的过程中，无论直线和/或旋转碰撞过程中，均能起到很好的缓冲效果，减缓了两颗相邻多体变构卫星在对接过程中产生的撞击力；在两颗相邻的多体变构卫星对接后，使用锁紧机构5对锁紧外壳3锁紧后，此时本发明进入到刚性连接模式，此时整个缓冲装置成为一个整体，能避免交接后的两颗多体变构卫星发生相对运动，能很好的对两颗多体变构卫星进行连接。
39.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本
发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。