[发明专利]一种丝杠驱动的伸缩锁紧机构

说明书

本发明公开了一种丝杠驱动的伸缩锁紧机构，包括导轨和丝杠机构，所述丝杠机构一端安装有固定座，丝杠机构与固定座通过固定套连接，所述固定套上安装有驱动丝杠机构运动的动力装置，丝杠机构另一端安装在导轨内，丝杠机构相对导轨实现伸缩运动，所述丝杠机构位于导轨一端安装有锁紧装置；本发明为通过丝杠原理驱动的锥杆捕获锁紧机构，采用一个电机驱动完成伸缩和胀紧捕获动作，精简了控制系统，充分利用了空间，并且机构整体刚性传动，传动精准。

技术领域

本发明属于航天卫星的在轨服务与维护技术领域，涉及一种丝杠驱动的伸缩锁紧机构。

背景技术

地球静止轨道，也称GEO，是人类重要的地球轨道资源，在轨资源受轨位限制，极为紧缺。然而随着航天任务的飞速发展，GEO带的卫星总数中包含40％以上不可控的或废弃的卫星及其残骸，这些空间物体自然陨落周期长，对正常运行的GEO卫星的安全构成了威胁，也导致GEO轨位资源严重浪费。另统计表明在在轨发生故障的GEO卫星中，50％以上的故障来源于服务系统某一功能丧失，而占据卫星成本70％以上的有效载荷和平台主体功能完好。因此，亟需发展一种携带通用捕获机构的服务飞行器，辅助仍然滞留在GEO带内的废弃卫星完成离轨操作，将其推至GEO垃圾轨道；或对故障卫星实施救援，快速使故障卫星载荷任务能力得以延续。

针对在轨失效卫星，在姿态特性方面，由于星体太阳翼和推进剂晃动等能量耗散作用，在角动量一定的情况下，根据能汇概念，卫星最终将绕最大惯量主轴旋转，并在太阳光压等外力矩作用下，存在较小幅的章动；在接口特性方面，目前在轨和在研的GEO卫星并未针对接受在轨服务与维护设计，不具备合作的对接接口。因此，结合对该类卫星的救援服务与离轨操作需求，需要设计适用于高轨卫星的大容差轻小型刚性抓捕机构，增大对在轨卫星的抓捕的通用性、可靠性和安全性。通过对高轨卫星的通用设备分析，卫星南北面方向安装展开式的太阳电池阵，在星箭对接面安装有星间接口对接环与远地点发动机，在卫星对地面安装天线。其中，远地点发动机在卫星入轨工作后不再使用，适宜选择作为卫星的抓捕对接对象。

基于锥杆式机构抓捕远地点发动机，尤其适用于绕对地向轴线旋转的高轨废弃卫星，可充分利用两飞行器间的弱撞击速度，通过发动机内锥面进行各向同性的导向与抓捕，降低两飞行器的相对位姿控制精度。

目前，国外典型的研究方案包括美国凤凰计划中机械臂+可更换末端执行器方案、德国DEOS和欧洲SMART-OLEV锥杆式抓捕机构方案。其中的锥杆式抓捕机构主要针对GEO卫星通用的远地点发动机进行抓捕，该机构由丝杠机构和锥杆机构串联组成，丝杠机构实现锥杆机构的轴向伸缩运动，锥杆机构由冠状扩展锁紧机构、末梢到位传感器和组合式激光传感器组成，其中的冠状扩展锁紧机构也是针对发动机喉管进行捕获。遗憾的是，该机构处于抓捕机构的外部，不具有伸缩功能，在对卫星捕获过程中，有可能先撞击该部分机构而不是锥杆机构的外部导向结构，容易造成抓捕失败甚至引起冠状扩展锁紧机构的损坏。

中国发明为基于双向式螺旋槽驱动的锥杆伸缩胀紧机构，申请公布号CN109573114A，申请公布日：2019.04.05，一种基于双向式螺旋槽驱动的锥杆伸缩胀紧机构，包括导向筒(1)、伸缩胀紧机构(001)、支撑座(20)；伸缩胀紧机构(001)前端安装在导向筒(1)内，后端安装在支撑座(20)内，前端在动力的驱动作用下沿导向筒(1)内壁实现伸缩运动。本发明采用双向螺旋槽驱动设计，驱动简单，动作准确可靠；锥杆伸缩和胀紧动作无需驱动反向，可高速运行，对目标快速捕获；结构紧凑，定位精度高，适用于末端执行装置的捕获机构，将此机构应用于高轨卫星通用抓捕装置中，可实现对目标卫星发动机喉管的多次可靠抓捕，也可作为空间对接机构精对准装置精对准后的锁紧机构。

以上发明采用双向式螺旋槽驱动的锥杆伸缩胀紧机构，由于双向式螺旋槽加工难度较大，为了实现以上所述的锁紧目的可以采用丝杠原理实现卫星抓捕锁紧。

发明内容

本发明目的是为解决上述目的所采取的技术方案是：