CN106363667B - 一种空间机械臂固定与释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天技术领域，具体来说是一种空间机械臂固定与释放装置，包括：接纳锥、上壳体、下壳体、作动组件、导向组件、限位组件、压簧组件及火工包带组件。本装置具有电动固定、电动释放、火工备份释放与手动恢复固定状态等功能，电动固定与电动释放主要由作动组件的伸缩运动，配合导向组件、压簧组件与限位组件与锁钩运动完成；火工备份释放主要由火工包带组件、导向组件与摆块完成；手动恢复固定状态由压簧组件、限位组件与导向组件运动完成，本装置具有可重复性、备份多重性，且结构外形轻巧简单、运动简单可靠。

Description

一种空间机械臂固定与释放装置

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体来说是一种空间机械臂固定与释放装置。

背景技术

随着空间技术的飞速发展,特别是空间站、航天飞机、空间机器人等的诞生及成功应用,空间机械臂作为在轨支持、服务的一项关键性技术已经进入太空,并越来越受到人们的关注。通过航天飞机和国际空间站的实际使用，空间机械臂显示出强大的应用能力和广阔的应用前景，对空间科学和应用的发展起到了很大的带动作用，可以说是人类太空活动日益增多，活动规模不断扩大的产物。

我国载人航天工程三期空间站工程中也使用了多种空间机械臂装置与智能操控装置，用于完成空间站各舱段的在轨组建、舱内外货物与载荷搬运、航天员出舱活动等。在正常情况下空间机械臂装置或智能操控装置固定在整船上搭载火箭进入轨道，进入轨道时需克服火箭带来的各种力学载荷；另一方面，空间机械臂与智能操控装置在轨待工作段也需固定在舱体上，克服舱体变轨到来的扰动，减小对舱体变轨的影响；另外，由于空间环境为冷热交替环境，且伴随着太阳辐照、原子氧与带电粒子等，为满足空间站在轨运行长寿命要求，舱外组件尽可能采用重机械运动机构，避免采用大量电子元器件。

发明内容

为解决上述问题，本发明根据空间机械臂与智能操控装置的使用要求，设计一种尺寸小、重量轻、运动可靠、可重复使用的一种空间机械臂固定与释放装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种空间机械臂固定与释放装置，所述的空间机械臂固定与释放装置包括：接纳锥、上壳体、下壳体、作动组件、导向组件、限位组件、压簧组件及火工包带组件，

所述的上壳体的上部装设有接纳锥，下部固定有下壳体，上壳体、下壳体及接纳锥之间固定安装形成固定与释放装置的外部包络结构；

在接纳锥外侧对称安装有限位组件，接纳锥的外部另以正交轴成对安装有摆块，摆块的外支撑面上分别设有火工包带组件，在接纳锥内部、摆块的对应安装位置分别设有锁钩，每对摆块与锁钩之间置有压板，所述的压板与拉杆、底板构成导向组件，导向组件与限位组件互相匹配运动；

在接纳锥上部设有由固定杆与壳体组成的作动组件，固定杆与壳体之间实现伸缩运动，所述的固定杆的一端安装或者集成在被固定的空间机械臂上，固定杆的另一端设有锁舌；

在接纳锥下部安装有用于保持或恢复导向机构的运动位置的压簧组件；

所述的锁钩与固定杆上的锁舌相钩扣，并配合导向组件、限位组件、压簧组件及火工包带组件，完成空间机械臂的固定及释放。

进一步地，所述的导向组件由压板、拉杆及底板构成，拉杆的一端与底板连接并固定在底板上，底板侧边设有限位槽，拉杆的另一端之间通过铰链连接至压板，压板分别置于锁钩与摆块之间，随底板同步运动。

进一步地，所述的限位组件由限位杆、拉环、限位压簧及壳体组成，限位组件的壳体穿过下壳体对称装设于接纳锥上，壳体内贯穿有限位杆，在限位杆与壳体之间安装有限位压簧，所述的限位杆外侧固定有拉环，限位杆的内侧与导向组件中底板的限位槽相嵌合，从而限制释放状态下导向组件的位置。

进一步地，所述的压簧组件包括压簧底板、压簧顶板及压簧，压簧顶板与导向机构中底板的底面相抵合，压簧底板固定安装在接纳锥底部，在压簧底板与压簧顶板之间装有压簧，压簧机构利用压簧保持或恢复导向机构的运动位置。

进一步地，所述的火工包带组件包括连接件、连杆、接手、火工品及保护罩，连接件与连杆、接手围绕摆块相互连接，形成能约束摆块偏摆运动的环形结构，在所述接手与连接件之间接有火工品，火工品的外侧固定有保护罩。

进一步地，在固定状态时，压簧组件处于预压状态，导向机构的压板处在摆块与锁钩之间，导向组件的底板按压限位组件的限位杆，限位杆处于压缩状态，无限位作用；火工包带组件约束摆块的偏摆运动，摆块分别约束导向组件的压板与锁钩的偏摆运动，从而保证锁钩能钩扣并约束固定杆上的锁舌。

进一步地，在释放状态时，导向机构的压板解除对锁钩偏摆运动的约束，锁钩偏移于锁舌的固定位置，完成释放。

进一步地，采用电动使固定与释放装置处于释放状态时，作动组件的固定杆沿轴向伸出，按压导向组件的底板与压簧机构的压簧顶板，直至导向组件的压板解除对锁钩偏摆运动约束，限位组件的限位杆与导向机构的底板卡滞，保持导向组件始终处于脱出状态，作动组件的固定杆拉回，拉回过程中固定杆的锁舌带动锁钩向外偏摆，从而完成电动释放。

进一步地，在电动释放故障采用火工备份使固定与释放装置处于释放状态时，将火工包带组件中接手与连接件的连接断开，火工包带组件的连接件与接手之间的约束解除，从而解除火工包带组件对摆块偏摆运动的约束，此时作动组件的固定杆拉回，拉回过程中摆块与导向组件的压板向接纳锥的外侧偏摆，锁钩相对于固定杆向外侧偏摆，从而释放固定杆上的锁舌，完成火工释放。

进一步地，在释放状态需手动恢复固定时，同时拉开限位组件的拉环，与拉环相连的限位杆与导向组件的底板上的限位槽脱开，解除对导向组件的限位作用，导向组件在压簧组件的作用下向上运动，压板恢复到锁钩与摆块之间，锁钩偏摆运动重新被约束，导向机构在压簧组件中压簧的弹簧力下恢复到固定状态。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本装置主要利用接纳锥、锁钩、摆块及作动组件的伸缩，配合导向组件、压簧组件、限位组件及火工包带组件，完成空间机械臂的固定与释放，其外形轻巧简单，运动方式简单可靠；

2.具有电动固定、电动释放、火工备份释放与手动恢复固定状态等功能，在正常工况下能通过电动固定或电动释放，当在故障工况下可采取备份的火工品火工起爆即可完成空间机械臂的释放，具有可重复性及备份多重性；

3.可实现空间机械臂发射段与在轨待工作段固定在舱体上，能有效克服发射段力学载荷与在轨变轨扰动及恶劣的空间环境，有效延长了空间站在轨运行的寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明在固定状态下锁钩的位置示意图；

图3是本发明在释放状态下锁钩的位置示意图；

图4为本发明在固定状态下限位组件的位置示意图；

图5是本发明在固定状态下限位组件的位置示意图；

符号说明：

11.作动组件 12.火工包带组件 13.导向组件 14.压簧组件 15.限位组件 101.接纳锥 102.上壳体 103.下壳体 104.摆块 105.锁钩111.固定杆 112.壳体 121.连杆122.接手 123.火工品 124.连接件125.保护罩 131.压板 132.拉杆 133.底板 141.压簧142.压簧底板 143.压簧顶板 151.限位杆 152.拉环 153.壳体 154.限位压簧。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的技术方案进一步详细说明。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，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，本装置是在空间机械臂发射段与在轨待工作段固定在舱体上，以克服发射段力学载荷与在轨变轨扰动，其在正常工况下电动固定与电动释放，电动释放后固定释放装置的固定状态需要手动恢复；在故障工况下采取火工释放，火工包带组件采用两个火工品互为备份，单个火工品起爆即可完成空间机械臂的释放。

实施例1

图1为本发明间机械臂固定与释放装置底部的结构示意图，参照图1，本装置包括作动组件11、接纳锥101、上壳体102、下壳体103、锁钩105、摆块104、导向组件13、火工包带组件12、压簧组件14、限位组件15等。其中，作动组件11作为本发明的主动端，安装或集成在被固定的空间机械臂上，作动组件11包括固定杆111与壳体112，固定杆111头部安装有四个锁舌，固定杆111与壳体112之间可实现伸缩运动；接纳锥101、上壳体102与下壳体103为本发明的主要承力结构件，三者固定安装，形成本发明的外形包络结构；本发明共包括四个锁钩105与四个摆块104，接纳锥101的外部另以正交轴成对安装有摆块104，锁钩105与摆块104通过铰链正交安装在接纳锥101上，锁钩105位于摆块104内侧，摆块104安装位置与锁钩105安装位置相对应。

导向组件13对应摆块及锁钩由四个压板131、四个拉杆132与一个底板133组成，压板131与拉杆132之间由铰链连接，四个拉杆132固定在底板133上，底板133侧边设有限位槽。导向组件13的四个压板131分别置于锁钩105与摆块104之间，随底板133同步运动。

摆块104的外支撑面上分别设有对称的两组火工包带组件12，用以约束摆块104的偏摆运动。火工包带组件12有两个接手122、两个连接件124、两个火工品123、两个连杆121与两个保护罩125组成，其中接手122与连杆121、连接件124与连杆121之间由铰链连接，接手122与连接件124之间由火工品123连接，保护罩125固定在火工品123外侧。

压簧组件14安装在接纳锥101底部，用于保持或恢复导向机构13的运动位置。压簧组件14由压簧底板142、压簧顶板143与四个压簧141组成，压簧顶板143与导向机构13中底板133的底面相抵合，压簧底板142固定安装在接纳锥101底部，压簧141分别安装在压簧顶板143与压簧底板142之间。

限位组件15由壳体153、限位杆151、限位压簧154、拉环152组成，限位压簧154安装在壳体153与限位杆151之间，本发明的固定与释放装置对称安装两个限位组件15，限位组件15的限位杆151与导向组件13的底板133侧边的限位槽互相匹配，限制释放状态下导向组件13的位置。

图2为本发明在固定状态下锁钩的位置示意图，参照图2，当本装置处于电动固定过程中与固定状态下，火工包带组件12约束了四个摆块104的偏摆运动，四个摆块104分别约束导向组件的压板131的偏摆运动，四个压板131约束了四个锁钩105的偏摆运动，从而保证四个锁钩105可靠的约束固定杆上111的四个锁舌。

本装置具有电动固定、电动释放、火工备份释放与手动恢复固定状态等功能；其中电动固定与电动释放主要由作动组件11的伸缩运动，配合导向组件13、压簧组件14与限位组件15与锁钩105运动完成；火工备份释放主要由火工包带组件12、导向组件13与摆块104完成；手动恢复固定状态由压簧组件14、限位组件15与导向组件13运动完成。

图3是本发明在释放状态下锁钩位置示意图，参照图3，当本装置采用电动释放时，作动组件11的固定杆111伸出运动，按压导向组件13的底板133与压簧机构14的压簧顶板143，直至导向组件13的四个压板131解除对四个锁钩105偏摆运动约束时，两个限位组件15的限位杆151与导向机构13的底板133卡滞，保持导向组件13始终处于脱出状态；之后作动组件11的固定杆111拉回，拉回过程中固定杆111的四个锁舌带动四个锁钩105向外偏摆，从而完成电动释放。

若电动释放故障，此时火工包带组件12的两个火工品123起爆，将接手122与连接件124的连接断开，从而解除火工包带组件12对四个摆块104偏摆运动的约束，此时作动组件11的固定杆111拉回，拉回过程中固定杆111的四个锁舌带动四个锁钩105、导向组件13的压板131、四个摆块104向外偏摆运动，完成火工释放。

图4为本发明在固定状态下限位组件位置示意图，参照图4，当本装置处于固定状态下，压簧组件14处于预压状态，保持导向机构13的四个压板131处在摆块104与锁钩105之间，导向组件13在接纳锥101的限位下施加预压力在压簧组件14上，导向组件13的底板133侧边平面按压限位组件15的限位杆151，限位杆151处于压缩状态，此时限位组件无限位作用。

图5是本发明在释放状态下限位组件位置示意图，参照图5，当本装置处于电动释放状态下，作动组件11的固定杆111按压导向组件13的底板133与压簧组件14的压簧顶板143至指定的限位位置，两个限位组件15的限位杆151弹出，卡在导向组件13的底板133的限位槽上，从而保持导向组件13处于限位位置，压簧组件14处于压缩状态。

当需要手动恢复固定状态时，同时拉开限位组件15的两个拉环152，将限位杆151与导向组件13的底板133卡槽脱开，导向机构13在压簧机构14弹簧力的作用下恢复到固定状态。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，所述的空间机械臂固定与释放装置包括：接纳锥、上壳体、下壳体、作动组件、导向组件、限位组件、压簧组件及火工包带组件，

所述的上壳体的上部装设有接纳锥，下部固定有下壳体，上壳体、下壳体及接纳锥之间固定安装形成固定与释放装置的外部包络结构；

在接纳锥外侧对称安装有限位组件，接纳锥的外部另以正交轴成对安装有摆块，摆块的外支撑面上分别设有火工包带组件，在接纳锥内部、摆块的对应安装位置分别设有锁钩，每对摆块与锁钩之间置有压板，所述的压板与拉杆、底板构成导向组件，导向组件与限位组件互相匹配运动；

在接纳锥上部设有由固定杆与壳体组成的作动组件，固定杆与壳体之间实现伸缩运动，所述的固定杆的一端安装或者集成在被固定的空间机械臂上，固定杆的另一端设有锁舌；

在接纳锥下部安装有用于保持或恢复导向机构的运动位置的压簧组件；

所述的锁钩与固定杆上的锁舌相钩扣，并配合导向组件、限位组件、压簧组件及火工包带组件，完成空间机械臂的固定及释放。

2.根据权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，所述的导向组件由压板、拉杆及底板构成，拉杆的一端与底板连接并固定在底板上，底板侧边设有限位槽，拉杆的另一端通过铰链连接至压板，压板分别置于锁钩与摆块之间，随底板同步运动。

3.根据权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，所述的限位组件由限位杆、拉环、限位压簧及壳体组成，限位组件的壳体穿过下壳体对称装设于接纳锥上，壳体内贯穿有限位杆，在限位杆与壳体之间安装有限位压簧，所述的限位杆外侧固定有拉环，限位杆的内侧与导向组件中底板的限位槽相嵌合，从而限制释放状态下导向组件的位置。

4.根据权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，所述的压簧组件包括压簧底板、压簧顶板及压簧，压簧顶板与导向机构中底板的底面相抵合，压簧底板固定安装在接纳锥底部，在压簧底板与压簧顶板之间装有压簧，压簧机构利用压簧保持或恢复导向机构的运动位置。

5.根据权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，所述的火工包带组件包括连接件、连杆、接手、火工品及保护罩，连接件与连杆、接手围绕摆块相互连接，形成能约束摆块偏摆运动的环形结构，在所述接手与连接件之间接有火工品，火工品的外侧固定有保护罩。

6.如权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于，在固定状态时，压簧组件处于预压状态，导向机构的压板处在摆块与锁钩之间，导向组件的底板按压限位组件的限位杆，限位杆处于压缩状态，无限位作用；火工包带组件约束摆块的偏摆运动，摆块分别约束导向组件的压板与锁钩的偏摆运动，从而保证锁钩能钩扣并约束固定杆上的锁舌。

7.如权利要求1所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于,在释放状态时，导向机构的压板解除对锁钩偏摆运动的约束，锁钩偏移于锁舌的固定位置，完成释放。

8.如权利要求7所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于,采用电动使固定与释放装置处于释放状态时，作动组件的固定杆沿轴向伸出，按压导向组件的底板与压簧机构的压簧顶板，直至导向组件的压板解除对锁钩偏摆运动约束，限位组件的限位杆与导向机构的底板卡滞，保持导向组件始终处于脱出状态，作动组件的固定杆拉回，拉回过程中固定杆的锁舌带动锁钩向外偏摆，从而完成电动释放。

9.如权利要求7所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于,在电动释放故障采用火工备份使固定与释放装置处于释放状态时，将火工包带组件中接手与连接件的连接断开，火工包带组件的连接件与接手之间的约束解除，从而解除火工包带组件对摆块偏摆运动的约束，此时作动组件的固定杆拉回，拉回过程中摆块与导向组件的压板向接纳锥的外侧偏摆，锁钩相对于固定杆向外侧偏摆，从而释放固定杆上的锁舌，完成火工释放。

10.如权利要求7所述的一种空间机械臂固定与释放装置，其特征在于,在释放状态需手动恢复固定时，同时拉开限位组件的拉环，与拉环相连的限位杆与导向组件的底板上的限位槽脱开，解除对导向组件的限位作用，导向组件在压簧组件的作用下向上运动，压板恢复到锁钩与摆块之间，锁钩偏摆运动重新被约束，导向机构在压簧组件中压簧的弹簧力下恢复到固定状态。