可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构及对接方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108639389A(43)申请公布日2018.10.12(21)申请号201810251604.1(22)申请日2018.03.26(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人徐兴念文浩成龙(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人贺翔徐晓鹭(51)Int.Cl.B64G1/64(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图7页(54)发明名称可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构及对接方法(57)摘要本发明公布了一种可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构及对接方法，对接机构包括：主动对接机构、被动对接机构，主动对接机构安装在目标航天器上，被动对接机构安装在追踪航天器上。在对接任务过程中，通电使两电磁铁相互吸引，在主动对接机构与被动对接机构对接完成后，电机带动从动齿轮结构旋转，进而通过锁紧机构将两者锁紧；分离任务时，首先通过电机反向带动从动齿轮结构，完成解锁，然后通电使两电磁铁相互排斥，完成分离。本发明利用电磁作用原理实现两航天器的对接，不仅可以避免推进剂的消耗和羽流污染，而且通过电磁力的连续性和可逆控制性，理论上可把冲击速度控制到零，实现两航天器间的无碰撞对接。CN108639389ACN108639389A权利要求书1/2页1.一种可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构，其特征在于，包括：主动对接机构，以及设有与所述主动对接机构相匹配的被动对接机构，所述被动对接机构安装在追踪航天器上，主动对接机构安装在目标航天器上：主动对接机构，上端为喇叭形导向槽，下端内部为圆筒形，内部设有主动对接齿、锁紧/解锁机构、主动电磁铁、缓冲装置以及从动齿轮结构和驱动系统，所述驱动系统由主动齿轮和电机组成，驱动从动齿轮结构旋转；被动对接机构，主体为圆柱形，内部设有被动电磁铁，外部设有被动对接齿，与所述主动对接机构的主动对接齿后端相匹配；所述被动对接机构上还设有锁紧槽，与所述主动对接机构的锁紧/解锁机构前端相匹配。2.根据权利要求1所述的一种可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构，其特征在于，所述主动对接机构具体包括：导向槽，所述导向槽设置在一端，开口向外；在所述导向槽另一端连接有主动对接筒，所述主动对接筒内部有一圈凸环，凸环上沿径向方向设有向外的第一凹槽；所述主动对接齿设有若干个，均匀分布于主动对接机构内部，所述主动对接齿的齿部向外；所述锁紧/解锁机构采用间隙配合，其均匀安装于主动对接机构内部，由锁紧销和锁紧压缩弹簧组成，锁紧销两端均为半圆球形，锁紧销在锁紧压缩弹簧和驱动系统的作用下沿径向滑动；主动对接筒内部由上至下，同轴依次设有主动电磁铁、电磁铁安装件、缓冲装置、底板、轴承座和从动齿轮结构。3.根据权利要求2所述的一种可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构，其特征在于：所述主动电磁铁底部中心设有螺纹孔；所述电磁铁安装件内部中空，设有电磁铁安装孔和通线孔，外侧面设有凸台，与所述凸环上的第一凹槽相匹配，底端设有若干电磁圆柱台，与缓冲装置连接，电磁铁安装件在缓冲装置的作用下上下滑动；所述缓冲装置包括若干缓冲压缩弹簧，上端与所述电磁铁安装件的圆柱台连接，下端与底板连接；所述底板与主动对接筒采用螺栓固定连接，上端设有若干底板圆柱台，与所述电磁圆柱台对齐，与缓冲压缩弹簧相连，底端与轴承座连接；所述轴承座与所述底板采用螺栓固定连接；所述从动齿轮结构，前端为圆筒形，内部设有与锁紧/解锁机构相配合的第二凹槽，底端为从动齿轮，内部设有一圆轴，与轴承座采用过盈配合连接。4.根据权利要求1所述的一种可重复实现锁紧/解锁的空间电磁对接机构，其特征在于，所述的被动对接机构具体包括：被动对接筒，所述被动对接筒为圆柱形，内部中空，设有电磁铁安装孔和通线孔；若干个被动对接齿，其与主动对接齿个数相匹配，均匀分布于被动对接机构前端外侧面上；2CN108639389A权利要求书2/2页锁紧槽，凹槽形，共六个，均匀分布于被动对接机构前端；被动电磁铁，圆柱形，底部中心设有螺纹孔；被动对接机构固定底座，设置于被动对接机构底部，设有安装孔。5.一种空间电磁对接机构对接、锁紧/解锁和分离方法，其特征在于，包括以下部分：1)通过控制主、被动电磁铁的电流方向和大小，引导追踪航天器上的被动对接机构和目标航天器上的主动对接机构实现精准对接；2)电机驱动从动齿轮结构正转/反转，实现两对接机构的锁紧/解锁；3)完成解锁后，控制两电磁铁电流方向，使两者产生排斥力，两航天器分离。6.根据权利要求5所述的一种空间电磁对接机构对接、锁紧/解锁和分离方法，其特征在于，对接方法包括以下步骤：1.1)在航天器的导航和控制系统引导下，两航天器逐渐靠近，主动对接机构和被动对接机构实现初步