所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種空間抓附裝置，具體涉及一種瞬時觸發(fā)的空間非合作目標(biāo)附著機(jī)構(gòu)，屬于航天技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

空間非合作目標(biāo)是一類沒有專門的對接捕獲口且無法進(jìn)行測量和正常通信的空間運動體，例如故障航天器、失效廢棄衛(wèi)星以及空間碎片等?？臻g非合作目標(biāo)對接捕獲技術(shù)可以對故障航天器進(jìn)行在軌捕獲與維修操作，也可以對失效廢棄的衛(wèi)星以及空間碎片實施有效清理，具有重大的戰(zhàn)略意義和價值。

對于空間非合作目標(biāo)附著機(jī)構(gòu)，其內(nèi)部精密傳感器和電路各模塊高精度集成芯片不能像其他結(jié)構(gòu)一樣裸露于強(qiáng)輻射、高真空條件下的日照和進(jìn)入陰影區(qū)后的冷空間(最高環(huán)境溫度達(dá)500k，最低達(dá)3k溫度，且變化非常頻繁)以及強(qiáng)電磁波等空間極端環(huán)境。

對非合作目標(biāo)在軌操作的前提是準(zhǔn)確測量其相對位姿，現(xiàn)有方法通常是以非合作目標(biāo)自身部件(太陽帆板支架、星箭對接環(huán)、遠(yuǎn)地點發(fā)動機(jī)噴管等)作為識別對象，利用立體視覺進(jìn)行三維重構(gòu)和相對位姿解算，從而獲得目標(biāo)的相對位姿信息，但此方法依賴非合作目標(biāo)的先驗特征，而且視覺測量過程中圖像的特征識別和提取以及圖像的立體匹配均是在軌測量的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可自動彈開的附著機(jī)構(gòu)殼體及非合作目標(biāo)合作化方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種可自動彈開的附著機(jī)構(gòu)殼體包括座體、筒體、電路板支撐架、自動彈開機(jī)構(gòu)、罩蓋、蓋扣及內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)，整個機(jī)構(gòu)與空間附著機(jī)構(gòu)配合，筒體安裝于座體上，電路板支撐架固定于所述筒體內(nèi)，自動彈開機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述筒體外側(cè)，罩蓋通過安裝其上的蓋扣與所述自動彈開機(jī)構(gòu)實現(xiàn)鎖緊和分離，所述內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)一端與所述座體固連，另一端與空間附著機(jī)構(gòu)底端相連。

所述的自動彈開機(jī)構(gòu)包括微型電動推桿、推桿固定座、滑塊、滑輪、導(dǎo)向槽、卡槽、卡扣、固定銷、移動銷、鎖緊壓簧及分離壓簧，推桿固定座及卡槽設(shè)置于筒體外側(cè)，與所述筒體固定連接，微型電動推桿電機(jī)一端安裝于所述推桿固定座內(nèi)，輸出端與滑塊固定連接，移動銷穿過滑塊通孔，且兩端設(shè)置于卡槽上的導(dǎo)向槽內(nèi)，滑輪通過移動銷安裝于所述滑塊的凹槽內(nèi)，可繞所述移動銷轉(zhuǎn)動，并且在所述移動銷的帶動下，沿所述導(dǎo)向槽方向移動，固定銷通過卡槽兩側(cè)的通孔與其固連，卡扣一端與所述滑輪相切，另一端通過其上通孔與所述固定銷轉(zhuǎn)動連接，鎖緊壓簧安裝于所述卡槽槽內(nèi)孔中，并與卡扣接觸，分離壓簧設(shè)置于所述卡槽頂部的孔內(nèi)，可實現(xiàn)罩蓋與筒體的彈射分離。

所述的殼體內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)包括力矩電機(jī)電機(jī)固定座、聯(lián)軸器、梯形絲杠、套筒以及導(dǎo)向桿，電機(jī)固定座安裝于所述座體上，力矩電機(jī)安裝于所述電機(jī)固定座內(nèi)，聯(lián)軸器的一端與所述力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子部分相連，另一端與所述梯形絲杠相連，套筒設(shè)置在梯形絲杠軸上，且與附著機(jī)構(gòu)底部相連，導(dǎo)向桿成120°圓周對稱安裝于所述筒體內(nèi)部臺座上，與空間附著機(jī)構(gòu)配合，可使附著機(jī)構(gòu)沿其上下運動。

所述座體底部設(shè)置有專用機(jī)械接口，用于安裝特征標(biāo)志器或合作對接口。

所述自動彈開機(jī)構(gòu)成180°圓周對稱分布設(shè)置于所述筒體上。

所述的自動彈開機(jī)構(gòu)基于杠桿平衡原理，以固定銷作為杠桿支點，利用微型電動推桿輸出力作為杠桿輸入端的力，實現(xiàn)罩蓋的脫離，在此過程中電動推桿電機(jī)轉(zhuǎn)矩γ，微型電動推桿推力f1以及需要克服的鎖緊力f2滿足下列關(guān)系：f1l1＝f2l2，γ＝f1s/(2*3.14*η*i)，其中i為電機(jī)減速比，s為電動推桿導(dǎo)程，η為綜合傳動效率，l1，l2分別為f1，f2作用力臂，根據(jù)此原理設(shè)計支點位置及選取合適的電動推桿，在較小的電機(jī)轉(zhuǎn)矩下實現(xiàn)罩蓋與筒體的分離。

非合作目標(biāo)合作化是通過將特征標(biāo)志器或合作對接口人為的安裝在非合作目標(biāo)上，將非合作目標(biāo)航天器人為的變?yōu)榫哂泻献髂繕?biāo)信息的一類合作目標(biāo)航天器，然后對其進(jìn)行在軌操作，具體過程可分為以下三個步驟：

(1)搭載彈射與附著一體化裝置的航天器平臺向非合作目標(biāo)位置靠攏，最終靠攏到距離非合作目標(biāo)10m左右距離；

(2)航天器平臺通過固定其上的彈射裝置將搭載有合作標(biāo)志器的附著裝置彈射，實現(xiàn)附著裝置與飛行平臺的有效在軌分離；

(3)搭載有特征標(biāo)志器或合作對接口的附著裝置對非合作目標(biāo)表面附著，將非合作目標(biāo)轉(zhuǎn)化為合作目標(biāo)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果：

本發(fā)明與空間非合作目標(biāo)附著機(jī)構(gòu)配合使用，執(zhí)行在軌任務(wù)前，附著機(jī)構(gòu)位于筒體內(nèi)，且在罩蓋的作用下分離彈簧處于壓縮狀態(tài)，此時，附著機(jī)構(gòu)被封裝于殼體內(nèi)，傳感元件及精密電路芯片得到保護(hù)；當(dāng)任務(wù)開始時，通過設(shè)置于筒體外側(cè)的電動推桿將罩蓋自動彈開，與現(xiàn)有自動彈開機(jī)構(gòu)相比，本發(fā)明基于杠桿平衡理論，電動推桿用較小的力矩就可以實現(xiàn)罩蓋與筒體的分離；在非合作目標(biāo)合作化方面，本發(fā)明通過殼體搭載合作化特征標(biāo)志器，將非合作目標(biāo)轉(zhuǎn)化為合作目標(biāo)，大大降低了由于目標(biāo)的“非合作”特性給在軌測量帶來的困難，在非合作目標(biāo)在軌測量問題上另辟蹊徑。

附圖說明

圖1是可自動彈開附著機(jī)構(gòu)殼體。

圖2是可自動彈開附著機(jī)構(gòu)殼體剖開圖。

圖3是自動彈開機(jī)構(gòu)。

圖4是鎖緊彈簧安裝位置圖。

圖5是滑塊、滑輪結(jié)構(gòu)。

圖6是非合作目標(biāo)合作化過程示意圖。

具體實施方式

1.具體實施方式一：結(jié)合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述一種可自動彈開的附著機(jī)構(gòu)殼體包括座體1、筒體2、電路板支撐架3、自動彈開機(jī)構(gòu)4、罩蓋5、蓋扣6及內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)7，整個機(jī)構(gòu)與空間附著機(jī)構(gòu)8配合，筒體2安裝于座體1上，電路板支撐架3固定于所述筒體2內(nèi)，自動彈開機(jī)構(gòu)4設(shè)置于所述筒體2外側(cè)，罩蓋5通過安裝其上的蓋扣6與所述自動彈開機(jī)構(gòu)4實現(xiàn)鎖緊和分離，所述內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)7一端與所述座體1固連，另一端與空間附著機(jī)構(gòu)底端相連。

本實施方案的技術(shù)效果：如此設(shè)置，殼體與附著機(jī)構(gòu)配合形成一個整體，并將空間附著機(jī)構(gòu)進(jìn)行封裝，使其內(nèi)部高精度傳感器及高性能芯片得到保護(hù)。

2.具體實施方式二：結(jié)合圖2、圖3、圖4和圖5說明本實施方式，本實施方式的自動彈開機(jī)構(gòu)4包括微型電動推桿41、推桿固定座42、滑塊43、滑輪44、導(dǎo)向槽45、卡槽46、卡扣47、固定銷48、移動銷49、鎖緊壓簧410及分離壓簧411，推桿固定座42及卡槽46設(shè)置于筒體2外側(cè)，與所述筒體2固定連接，微型電動推桿41電機(jī)一端安裝于所述推桿固定座42內(nèi)，輸出端與滑塊43固定連接，移動銷49穿過滑塊43通孔，且兩端設(shè)置于卡槽46上的導(dǎo)向槽45內(nèi)，滑輪44通過移動銷49安裝于所述滑塊43的凹槽內(nèi)，可繞所述移動銷49轉(zhuǎn)動，并且在所述移動銷49的帶動下，沿所述導(dǎo)向槽45方向移動，固定銷48通過卡槽46兩側(cè)的通孔與其固連，卡扣47一端與所述滑輪44相切，另一端通過其上通孔與所述固定銷48轉(zhuǎn)動連接，鎖緊壓簧410安裝于所述卡槽46槽內(nèi)孔中，并與卡扣47接觸，分離壓簧411設(shè)置于所述卡槽46頂部的孔內(nèi)，可實現(xiàn)罩蓋5與筒體2的彈射分離。

本實施方案的技術(shù)效果：如此設(shè)置，鎖緊壓簧410初始時對卡扣47有預(yù)壓力，使得卡扣47與蓋扣6鎖合在一起，整體呈封閉狀態(tài)，同時分離壓簧411被壓縮；當(dāng)微型電動推桿41接收到控制命令時，推動滑塊43沿導(dǎo)向槽45運動，同時帶動滑輪44運動，在其向前運動的同時，向外側(cè)頂起卡扣47繞固定銷48轉(zhuǎn)動，同時卡扣47另一端釋放蓋扣6，在分離壓簧411的作用下，將罩蓋5自動彈開。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式一相同。

3.具體實施方式三：結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式的殼體內(nèi)部推進(jìn)機(jī)構(gòu)7包括力矩電機(jī)71、電機(jī)固定座72、聯(lián)軸器73、梯形絲杠74、套筒75以及導(dǎo)向桿76，電機(jī)固定座72安裝于所述座體1上，力矩電機(jī)71固定于所述電機(jī)固定座72內(nèi)，聯(lián)軸器73的一端與所述力矩電機(jī)71轉(zhuǎn)子部分相連，另一端與所述梯形絲杠74相連，套筒75設(shè)置在梯形絲杠74軸上，且與附著機(jī)構(gòu)底部相連，導(dǎo)向桿76成120°圓周對稱安裝于所述筒體2內(nèi)部臺座上，與附著機(jī)構(gòu)配合，可使附著機(jī)構(gòu)沿其上下運動。

本實施方案的技術(shù)效果：如此設(shè)置，在力矩電機(jī)71的帶動下，通過梯形絲杠74和套筒75，將空間附著機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)向桿方向推出筒體2一定距離。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式一或二相同。

4.具體實施方式四：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的座體1底部設(shè)置有專用機(jī)械接口，用于安裝特征標(biāo)志器或合作對接口，如此設(shè)置，可實現(xiàn)空間附著機(jī)構(gòu)對合作標(biāo)志器的搭載。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式一、二或三相同。

5.具體實施方式五：結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式的自動彈開機(jī)構(gòu)4成180°圓周對稱分布設(shè)置于所述筒體2上，如此設(shè)置，使殼體封裝嚴(yán)密緊實，同時在分離時，實現(xiàn)罩蓋5與筒體2的完全分離，避免影響后續(xù)操作。其他組成和連接關(guān)系與具體實施方式一至四相同。

6.具體實施方式六：結(jié)合圖1、圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的自動彈開機(jī)構(gòu)4基于杠桿平衡原理，以所述固定銷48作為杠桿支點，利用所述微型電動推桿41輸出力作為杠桿輸入端的力，實現(xiàn)所述罩蓋5的脫離，在此過程中電動推桿電機(jī)轉(zhuǎn)矩γ，微型電動推桿推力f1以及需要克服的鎖緊力f2滿足下列關(guān)系：f1l1＝f2l2，γ＝f1s/(2*3.14*η*i)，其中i為電機(jī)減速比，s為電動推桿導(dǎo)程，η為綜合傳動效率，l1，l2分別為f1，f2作用力臂，根據(jù)此原理設(shè)計支點位置及選取合適的電動推桿，在較小的電機(jī)轉(zhuǎn)矩下實現(xiàn)罩蓋5與筒體2的分離。

7.具體實施方式七：結(jié)合圖6說明本實施方式，本實施方式通過將特征標(biāo)志器或合作對接口人為的安裝在非合作目標(biāo)上，將非合作目標(biāo)航天器人為的變?yōu)榫哂泻献髂繕?biāo)信息的一類合作目標(biāo)航天器，然后對其進(jìn)行在軌操作，具體過程可分為以下三個步驟：

(1)搭載彈射與附著一體化裝置的航天器平臺向非合作目標(biāo)位置靠攏，最終靠攏到距離非合作目標(biāo)10m左右距離；

(2)航天器平臺通過固定其上的彈射裝置將搭載有合作標(biāo)志器的附著裝置彈射，實現(xiàn)附著裝置與飛行平臺的有效在軌分離；

(3)搭載有特征標(biāo)志器或合作對接口的附著裝置對非合作目標(biāo)表面附著，將非合作目標(biāo)轉(zhuǎn)化為合作目標(biāo)。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明精神內(nèi)所做的其他等效變化仍包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍內(nèi)。