一种可自动弹开的附着机构壳体及非合作目标合作化方法

摘要

一种可自动弹开的附着机构壳体及非合作目标合作化方法，附着机构壳体包括座体、筒体、电路板支撑架、自动弹开机构、罩盖、盖扣、内部推进机构及标志器机械接口，整个壳体与空间附着机构配合，实现对附着机构的封装；当附着机构开始在轨附着任务时，自动弹开机构将罩盖自动弹开，在推进机构作用下将附着机构推出筒体一定距离，对非合作目标实施附着，设置于座体底部的机械接口通过搭载特征标志器或对接口，将非合作目标变成合作目标，从而实现非合作目标的合作化。

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种空间抓附装置，具体涉及一种瞬时触发的空间非合作目标附着机构，属于航天技术领域。

背景技术

空间非合作目标是一类没有专门的对接捕获口且无法进行测量和正常通信的空间运动体，例如故障航天器、失效废弃卫星以及空间碎片等。空间非合作目标对接捕获技术可以对故障航天器进行在轨捕获与维修操作，也可以对失效废弃的卫星以及空间碎片实施有效清理，具有重大的战略意义和价值。

对于空间非合作目标附着机构，其内部精密传感器和电路各模块高精度集成芯片不能像其他结构一样裸露于强辐射、高真空条件下的日照和进入阴影区后的冷空间(最高环境温度达500K，最低达3K温度，且变化非常频繁)以及强电磁波等空间极端环境。

对非合作目标在轨操作的前提是准确测量其相对位姿，现有方法通常是以非合作目标自身部件(太阳帆板支架、星箭对接环、远地点发动机喷管等)作为识别对象，利用立体视觉进行三维重构和相对位姿解算，从而获得目标的相对位姿信息，但此方法依赖非合作目标的先验特征，而且视觉测量过程中图像的特征识别和提取以及图像的立体匹配均是在轨测量的难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种可自动弹开的附着机构壳体及非合作目标合作化方法。

本发明的技术方案：一种可自动弹开的附着机构壳体包括座体、筒体、电路板支撑架、自动弹开机构、罩盖、盖扣及内部推进机构，整个机构与空间附着机构配合，筒体安装于座体上，电路板支撑架固定于所述筒体内，自动弹开机构设置于所述筒体外侧，罩盖通过安装其上的盖扣与所述自动弹开机构实现锁紧和分离，所述内部推进机构一端与所述座体固连，另一端与空间附着机构底端相连。

所述的自动弹开机构包括微型电动推杆、推杆固定座、滑块、滑轮、导向槽、卡槽、卡扣、固定销、移动销、锁紧压簧及分离压簧，推杆固定座及卡槽设置于筒体外侧，与所述筒体固定连接，微型电动推杆电机一端安装于所述推杆固定座内，输出端与滑块固定连接，移动销穿过滑块通孔，且两端设置于卡槽上的导向槽内，滑轮通过移动销安装于所述滑块的凹槽内，可绕所述移动销转动，并且在所述移动销的带动下，沿所述导向槽方向移动，固定销通过卡槽两侧的通孔与其固连，卡扣一端与所述滑轮相切，另一端通过其上通孔与所述固定销转动连接，锁紧压簧安装于所述卡槽槽内孔中，并与卡扣接触，分离压簧设置于所述卡槽顶部的孔内，可实现罩盖与筒体的弹射分离。

所述的壳体内部推进机构包括力矩电机电机固定座、联轴器、梯形丝杠、套筒以及导向杆，电机固定座安装于所述座体上，力矩电机安装于所述电机固定座内，联轴器的一端与所述力矩电机转子部分相连，另一端与所述梯形丝杠相连，套筒设置在梯形丝杠轴上，且与附着机构底部相连，导向杆成120°圆周对称安装于所述筒体内部台座上，与空间附着机构配合，可使附着机构沿其上下运动。

所述座体底部设置有专用机械接口，用于安装特征标志器或合作对接口。

所述自动弹开机构成180°圆周对称分布设置于所述筒体上。

所述的自动弹开机构基于杠杆平衡原理，以固定销作为杠杆支点，利用微型电动推杆输出力作为杠杆输入端的力，实现罩盖的脱离，在此过程中电动推杆电机转矩Γ，微型电动推杆推力F₁以及需要克服的锁紧力F₂满足下列关系：F₁l₁＝F₂l₂，Γ＝F₁S/(2*3.14*η*i)，其中i为电机减速比，S为电动推杆导程，η为综合传动效率，l₁，l₂分别为F₁，F₂作用力臂，根据此原理设计支点位置及选取合适的电动推杆，在较小的电机转矩下实现罩盖与筒体的分离。

非合作目标合作化是通过将特征标志器或合作对接口人为的安装在非合作目标上，将非合作目标航天器人为的变为具有合作目标信息的一类合作目标航天器，然后对其进行在轨操作，具体过程可分为以下三个步骤：

(1)搭载弹射与附着一体化装置的航天器平台向非合作目标位置靠拢，最终靠拢到距离非合作目标10m左右距离；

(2)航天器平台通过固定其上的弹射装置将搭载有合作标志器的附着装置弹射，实现附着装置与飞行平台的有效在轨分离；

(3)搭载有特征标志器或合作对接口的附着装置对非合作目标表面附着，将非合作目标转化为合作目标。

本发明与现有技术相比的有益效果：

本发明与空间非合作目标附着机构配合使用，执行在轨任务前，附着机构位于筒体内，且在罩盖的作用下分离弹簧处于压缩状态，此时，附着机构被封装于壳体内，传感元件及精密电路芯片得到保护；当任务开始时，通过设置于筒体外侧的电动推杆将罩盖自动弹开，与现有自动弹开机构相比，本发明基于杠杆平衡理论，电动推杆用较小的力矩就可以实现罩盖与筒体的分离；在非合作目标合作化方面，本发明通过壳体搭载合作化特征标志器，将非合作目标转化为合作目标，大大降低了由于目标的“非合作”特性给在轨测量带来的困难，在非合作目标在轨测量问题上另辟蹊径。

附图说明

图1是可自动弹开附着机构壳体。

图2是可自动弹开附着机构壳体剖开图。

图3是自动弹开机构。

图4是锁紧弹簧安装位置图。

图5是滑块、滑轮结构。

图6是非合作目标合作化过程示意图。

具体实施方式

1.具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种可自动弹开的附着机构壳体包括座体1、筒体2、电路板支撑架3、自动弹开机构4、罩盖5、盖扣6及内部推进机构7，整个机构与空间附着机构8配合，筒体2安装于座体1上，电路板支撑架3固定于所述筒体2内，自动弹开机构4设置于所述筒体2外侧，罩盖5通过安装其上的盖扣6与所述自动弹开机构4实现锁紧和分离，所述内部推进机构7一端与所述座体1固连，另一端与空间附着机构底端相连。

本实施方案的技术效果：如此设置，壳体与附着机构配合形成一个整体，并将空间附着机构进行封装，使其内部高精度传感器及高性能芯片得到保护。

2.具体实施方式二：结合图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式的自动弹开机构4包括微型电动推杆41、推杆固定座42、滑块43、滑轮44、导向槽45、卡槽46、卡扣47、固定销48、移动销49、锁紧压簧410及分离压簧411，推杆固定座42及卡槽46设置于筒体2外侧，与所述筒体2固定连接，微型电动推杆41电机一端安装于所述推杆固定座42内，输出端与滑块43固定连接，移动销49穿过滑块43通孔，且两端设置于卡槽46上的导向槽45内，滑轮44通过移动销49安装于所述滑块43的凹槽内，可绕所述移动销49转动，并且在所述移动销49的带动下，沿所述导向槽45方向移动，固定销48通过卡槽46两侧的通孔与其固连，卡扣47一端与所述滑轮44相切，另一端通过其上通孔与所述固定销48转动连接，锁紧压簧410安装于所述卡槽46槽内孔中，并与卡扣47接触，分离压簧411设置于所述卡槽46顶部的孔内，可实现罩盖5与筒体2的弹射分离。

本实施方案的技术效果：如此设置，锁紧压簧410初始时对卡扣47有预压力，使得卡扣47与盖扣6锁合在一起，整体呈封闭状态，同时分离压簧411被压缩；当微型电动推杆41接收到控制命令时，推动滑块43沿导向槽45运动，同时带动滑轮44运动，在其向前运动的同时，向外侧顶起卡扣47绕固定销48转动，同时卡扣47另一端释放盖扣6，在分离压簧411的作用下，将罩盖5自动弹开。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

3.具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的壳体内部推进机构7包括力矩电机71、电机固定座72、联轴器73、梯形丝杠74、套筒75以及导向杆76，电机固定座72安装于所述座体1上，力矩电机71固定于所述电机固定座72内，联轴器73的一端与所述力矩电机71转子部分相连，另一端与所述梯形丝杠74相连，套筒75设置在梯形丝杠74轴上，且与附着机构底部相连，导向杆76成120°圆周对称安装于所述筒体2内部台座上，与附着机构配合，可使附着机构沿其上下运动。

本实施方案的技术效果：如此设置，在力矩电机71的带动下，通过梯形丝杠74和套筒75，将空间附着机构沿导向杆方向推出筒体2一定距离。其他组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

4.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的座体1底部设置有专用机械接口，用于安装特征标志器或合作对接口，如此设置，可实现空间附着机构对合作标志器的搭载。其他组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

5.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的自动弹开机构4成180°圆周对称分布设置于所述筒体2上，如此设置，使壳体封装严密紧实，同时在分离时，实现罩盖5与筒体2的完全分离，避免影响后续操作。其他组成和连接关系与具体实施方式一至四相同。

6.具体实施方式六：结合图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式的自动弹开机构4基于杠杆平衡原理，以所述固定销48作为杠杆支点，利用所述微型电动推杆41输出力作为杠杆输入端的力，实现所述罩盖5的脱离，在此过程中电动推杆电机转矩Γ，微型电动推杆推力F₁以及需要克服的锁紧力F₂满足下列关系：F₁l₁＝F₂l₂，Γ＝F₁S/(2*3.14*η*i)，其中i为电机减速比，S为电动推杆导程，η为综合传动效率，l₁，l₂分别为F₁，F₂作用力臂，根据此原理设计支点位置及选取合适的电动推杆，在较小的电机转矩下实现罩盖5与筒体2的分离。

7.具体实施方式七：结合图6说明本实施方式，本实施方式通过将特征标志器或合作对接口人为的安装在非合作目标上，将非合作目标航天器人为的变为具有合作目标信息的一类合作目标航天器，然后对其进行在轨操作，具体过程可分为以下三个步骤：

(1)搭载弹射与附着一体化装置的航天器平台向非合作目标位置靠拢，最终靠拢到距离非合作目标10m左右距离；

(2)航天器平台通过固定其上的弹射装置将搭载有合作标志器的附着装置弹射，实现附着装置与飞行平台的有效在轨分离；

(3)搭载有特征标志器或合作对接口的附着装置对非合作目标表面附着，将非合作目标转化为合作目标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明，本领域技术人员在本发明精神内所做的其他等效变化仍包含在本发明所要求保护的范围内。