本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種利用渦卷發(fā)條的衛(wèi)星消旋裝置，渦卷發(fā)條安裝在渦卷發(fā)條盒內(nèi)，渦卷發(fā)條的中心起點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸固定連接，渦卷發(fā)條的末端點(diǎn)與外殼固定連接；轉(zhuǎn)軸一端與在軌操作機(jī)械臂頂端固件軸承連接并安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置，轉(zhuǎn)軸另一端與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座銷接并安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置和角速度敏感器。本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，可靠性高，工作時(shí)不需要消耗能量就可實(shí)現(xiàn)在捕捉目標(biāo)衛(wèi)星過程中消除其自旋。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術(shù)提供了一種利用渦卷發(fā)條的衛(wèi)星消旋裝置，渦卷發(fā)條安裝在渦卷發(fā)條盒內(nèi)，渦卷發(fā)條的中心起點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸固定連接，渦卷發(fā)條的末端點(diǎn)與外殼固定連接；轉(zhuǎn)軸一端與在軌操作機(jī)械臂頂端固件軸承連接并安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置，轉(zhuǎn)軸另一端與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座銷接并安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置和角速度敏感器。本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，可靠性高，工作時(shí)不需要消耗能量就可實(shí)現(xiàn)在捕捉目標(biāo)衛(wèi)星過程中消除其自旋。【專利說明】—種利用渦卷發(fā)條的衛(wèi)星消旋裝置
本專利技術(shù)涉及一種衛(wèi)星消旋裝置。
技術(shù)介紹
隨著航天器自主交會(huì)技術(shù)、微電子技術(shù)、空間機(jī)器人技術(shù)等航天技術(shù)的不斷發(fā)展，使空間航天器具備了超越以往概念的在軌高機(jī)動(dòng)性、高靈活性，功能多樣性、復(fù)雜性，這使航天器在軌操作技術(shù)逐漸成為各國(guó)關(guān)注的一個(gè)
。同時(shí)，隨著人類航天技術(shù)的不斷發(fā)展，在軌運(yùn)行的人造航天器數(shù)量也不斷增加，人造航天器的設(shè)計(jì)壽命有一定限制，攜帶燃料質(zhì)量受到運(yùn)載能力限制，某些零部件還存在隨時(shí)損壞失效或需要升級(jí)改裝的可能，出于成本的考慮，對(duì)在軌運(yùn)行的合作航天器進(jìn)行維修、燃料加注與改裝成為了現(xiàn)今航天領(lǐng)域必須要面對(duì)的一個(gè)問題。出于剛體動(dòng)力學(xué)的考慮，大部分在軌運(yùn)行的航天器都采用了自旋穩(wěn)定系統(tǒng)或者雙自旋穩(wěn)定系統(tǒng)，即航天器繞自旋軸存在轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，這對(duì)航天器的在軌操作帶來困難。以往的想法是通過電機(jī)消耗電能產(chǎn)生反向力矩來抵消航天器的自旋角速度，具有質(zhì)量大，消耗電能的缺點(diǎn)，為在軌操作衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與質(zhì)量安排帶來困難。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)提供一種利用渦卷發(fā)條的衛(wèi)星消旋裝置，運(yùn)用簡(jiǎn)單的機(jī)械構(gòu)件，在捕抓時(shí)讓航天器自旋的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為渦卷發(fā)條的彈性勢(shì)能，釋放時(shí)則將渦卷發(fā)條的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為目標(biāo)航天器自旋的機(jī)械能，即可實(shí)現(xiàn)捕抓時(shí)對(duì)自旋航天器的消旋以及釋放合作航天器時(shí)回復(fù)自旋角速度的目的。對(duì)目標(biāo)航天器的形狀無特定要求，只要符合捕抓方向與目標(biāo)航天器自旋矢量同向且目標(biāo)航天器自旋所包含的機(jī)械能在渦卷發(fā)條的可承受范圍內(nèi)即可，具有可重復(fù)使用、不損耗工質(zhì)與能量、操作靈活、質(zhì)量輕等特點(diǎn)。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括轉(zhuǎn)軸、抱緊鎖死裝置、角速度敏感器、衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座、在軌操作機(jī)械臂頂端固件、渦卷發(fā)條和渦卷發(fā)條盒；所述的渦卷發(fā)條安裝在渦卷發(fā)條盒內(nèi)，渦卷發(fā)條的中心起點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸固定連接，渦卷發(fā)條的末端點(diǎn)與渦卷發(fā)條盒固定連接；所述轉(zhuǎn)軸的一端與在軌操作機(jī)械臂頂端固件通過軸承連接，轉(zhuǎn)軸另一端與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座通過銷鍵連接；所述渦卷發(fā)條盒與在軌操作機(jī)械臂頂部固件之間安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置，渦卷發(fā)條盒與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座之間安裝另一個(gè)抱緊鎖死裝置和角速度敏感器，角速度敏感器測(cè)量衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座旋轉(zhuǎn)角速度，當(dāng)轉(zhuǎn)軸角速度為零時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)抱緊鎖死裝置，當(dāng)操作完成后則松開抱緊鎖死裝置。若干個(gè)渦卷發(fā)條盒同軸安裝，各個(gè)渦卷發(fā)條盒與在軌操作機(jī)械臂頂部固件通過固定桿件固定連接。所述的潤(rùn)卷發(fā)條盒外殼為中空?qǐng)A柱形金屬結(jié)構(gòu)，直徑為80cm,高為IOcm,外殼兩個(gè)端面的中間開有通孔，轉(zhuǎn)軸穿過通孔且通過滾珠軸承連接渦卷發(fā)條盒外殼。所述轉(zhuǎn)軸的直徑為10cm。所述渦卷發(fā)條的寬度比渦卷發(fā)條盒外殼高度小1cm。本專利技術(shù)的有益效果是:消旋裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕，可靠性高，工作時(shí)不需要消耗能量就可實(shí)現(xiàn)在捕捉目標(biāo)衛(wèi)星過程中消除其自旋，為隨后的在軌操作提供便利，釋放目標(biāo)衛(wèi)星時(shí)，可以根據(jù)任務(wù)需求，恢復(fù)目標(biāo)衛(wèi)星的自旋運(yùn)動(dòng)。【專利附圖】【附圖說明】圖1是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是在軌操作衛(wèi)星的捕抓平臺(tái)準(zhǔn)備捕獲目標(biāo)衛(wèi)星示意圖；圖3是機(jī)械爪抓住目標(biāo)航天器后帶動(dòng)本裝置轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；圖4是本專利技術(shù)完全吸收目標(biāo)航天器機(jī)械能并停止轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖；圖5是釋放前恢復(fù)目標(biāo)航天器自旋角速度示意圖；圖中，1.轉(zhuǎn)軸，2.緊固件，3.衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座，4.轉(zhuǎn)速敏感器，5.渦卷發(fā)條，6.渦卷發(fā)條盒外殼，7.在軌操作機(jī)械臂頂端固件，8.抱緊鎖死裝置(二)，9.渦卷發(fā)條與轉(zhuǎn)軸連接部位，10.抱緊鎖死裝置(一)，11.軸銷，12.固定連接桿件，13.衛(wèi)星消旋裝置，14.機(jī)械臂，15.機(jī)械爪，16.目標(biāo)航天器。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說明，本專利技術(shù)包括但不僅限于下述實(shí)施例。本專利技術(shù)組成部件包括轉(zhuǎn)軸、兩個(gè)抱緊鎖死裝置、角速度敏感器、衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座(對(duì)于合作航天器也可能是匹配的對(duì)接機(jī)構(gòu))、緊固件、固定連接桿件、在軌操作機(jī)械臂頂端固件、若干個(gè)渦卷發(fā)條和若干個(gè)渦卷發(fā)條盒外殼(具體數(shù)目依據(jù)任務(wù)要求與渦卷發(fā)條性能確定)；潤(rùn)卷發(fā)條盒外殼為圓柱形金屬結(jié)構(gòu)，直徑為80cm,高為IOcm,外殼上下面中間有兩個(gè)同軸圓孔，供轉(zhuǎn)軸通過，為減小轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，各個(gè)圓孔處安裝滾珠軸承，若干個(gè)渦卷發(fā)條盒平行安置；轉(zhuǎn)軸直徑為10cm，穿過所有渦卷發(fā)條盒且與各個(gè)渦卷發(fā)條盒間存在軸承連接；渦卷發(fā)條平放在發(fā)條盒外殼內(nèi)，渦卷發(fā)條的寬度比發(fā)條盒外殼高度小1cm，渦卷發(fā)條中心起點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸固定連接，渦卷發(fā)條外圍末端點(diǎn)與外殼固定連接，當(dāng)轉(zhuǎn)軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，渦卷發(fā)條吸收機(jī)械能，收縮并增加彈性勢(shì)能，當(dāng)渦卷發(fā)條釋放能量，將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)軸底端與在軌操作機(jī)械臂頂端固件軸承連接，轉(zhuǎn)軸上端與捕抓平臺(tái)底座通過銷鍵連接，二者同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止，轉(zhuǎn)軸頂端與固定件固定連接，起到固定捕抓平臺(tái)底座的作用；底部渦卷發(fā)條盒外殼的下表面與在軌操作機(jī)械臂頂部固件之間安裝抱緊鎖死裝置(二)，頂部渦卷發(fā)條盒外殼的上表面與捕抓平臺(tái)底座之間安裝抱緊鎖死裝置(一)和角速度敏感器，角速度敏感器測(cè)量衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座旋轉(zhuǎn)角速度，并發(fā)送指令給抱緊剎車裝置，后者可以停止轉(zhuǎn)軸與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)渦卷發(fā)條將目標(biāo)航天器自旋所包含的機(jī)械能完全轉(zhuǎn)化為渦卷發(fā)條的彈性勢(shì)能時(shí)即轉(zhuǎn)軸角速度趨于零時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)抱緊鎖死裝置，防止渦卷發(fā)條立刻將彈性勢(shì)能在轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，使目標(biāo)航天器固定，給予操作時(shí)間，當(dāng)操作完成后則松開抱緊鎖死裝置，恢復(fù)目標(biāo)航天器自旋；各個(gè)渦卷發(fā)條外殼側(cè)面與在軌操作機(jī)械臂頂部固件通過固定桿件固定連接，保證各個(gè)渦卷發(fā)條外殼在工作過程中不會(huì)跟隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。本專利技術(shù)工作流程如下:首先，本專利技術(shù)底部在軌操作機(jī)械臂連接，頂部與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)連接，構(gòu)成完整的具有消旋功能的捕獲機(jī)構(gòu)；其次，在軌操作衛(wèi)星確定與目標(biāo)航天器相對(duì)位置與姿態(tài)后，從目標(biāo)航天器自旋角速度矢量的正向或負(fù)向接近，捕獲機(jī)構(gòu)伸出，此時(shí)，抱緊鎖死裝置出于松開狀態(tài)不工作；第三步，當(dāng)衛(wèi)星捕抓平臺(tái)抓住目標(biāo)衛(wèi)星并形成固定連接時(shí)，隨著目標(biāo)航天器自旋，；捕抓平臺(tái)底座與轉(zhuǎn)軸一起開始轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度敏感器開始工作，檢測(cè)捕抓平臺(tái)底座的角速度，同時(shí)，隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，渦卷發(fā)條開始收縮，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能；第四步，隨著機(jī)械能減少，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度降低，當(dāng)目標(biāo)航天器停止自旋即捕抓平臺(tái)底座趨于零時(shí)，角速度敏感器發(fā)出工作指令，使抱緊鎖死裝置工作，防止轉(zhuǎn)軸反轉(zhuǎn)，使目標(biāo)航天器固定，此時(shí)在軌操作衛(wèi)星則可以通過機(jī)械臂對(duì)目標(biāo)航天器進(jìn)行相應(yīng)操作；最后，當(dāng)在軌操作衛(wèi)星完成操作時(shí)，若需要讓目標(biāo)衛(wèi)星恢復(fù)自旋，則令抱緊鎖死裝置松開，渦卷發(fā)條在彈性勢(shì)能與慣性的作用下，使轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)目標(biāo)航天器一起反轉(zhuǎn)，將彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，恢復(fù)目標(biāo)航天器自旋，然后釋放目標(biāo)航天器，若不需要令目標(biāo)航天器恢復(fù)自旋，直接釋放目標(biāo)航天器。根據(jù)圖1至圖5所示，本專利技術(shù)裝置頂端與一機(jī)械爪固定連接，底部與機(jī)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種利用渦卷發(fā)條的衛(wèi)星消旋裝置，包括轉(zhuǎn)軸、抱緊鎖死裝置、角速度敏感器、衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座、在軌操作機(jī)械臂頂端固件、渦卷發(fā)條和渦卷發(fā)條盒，其特征在于：所述的渦卷發(fā)條安裝在渦卷發(fā)條盒內(nèi)，渦卷發(fā)條的中心起點(diǎn)與轉(zhuǎn)軸固定連接，渦卷發(fā)條的末端點(diǎn)與渦卷發(fā)條盒固定連接；所述轉(zhuǎn)軸的一端與在軌操作機(jī)械臂頂端固件通過軸承連接，轉(zhuǎn)軸另一端與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座通過銷鍵連接；所述渦卷發(fā)條盒與在軌操作機(jī)械臂頂部固件之間安裝一個(gè)抱緊鎖死裝置，渦卷發(fā)條盒與衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座之間安裝另一個(gè)抱緊鎖死裝置和角速度敏感器，角速度敏感器測(cè)量衛(wèi)星捕抓平臺(tái)底座旋轉(zhuǎn)角速度，當(dāng)轉(zhuǎn)軸角速度為零時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)抱緊鎖死裝置，當(dāng)操作完成后則松開抱緊鎖死裝置。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岳曉奎，池賢彬，李鵬，袁建平，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西北工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61
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