本發(fā)明涉及航空航天中的在軌維護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，空間活動(dòng)更加頻繁，在軌運(yùn)行的航天器數(shù)量日益增多，航天器的結(jié)構(gòu)和組成日趨復(fù)雜，性能和技術(shù)水平也在不斷提高。但是由于受發(fā)射費(fèi)用和客觀環(huán)境等的影響，很少對航天器進(jìn)行如地面設(shè)備常有的維護(hù)、保養(yǎng)和升級，況且航天器所處的空間環(huán)境復(fù)雜惡劣，航天器常在其任務(wù)中出現(xiàn)功能失效的情況，損失巨大。因此，如何保證航天器在空間環(huán)境中持久、穩(wěn)定的運(yùn)行，是目前亟待解決的問題之一。因此對航天器進(jìn)行在軌維護(hù)就顯得尤其重要。

目前，需要助力的快接系統(tǒng)在軌維護(hù)方式主要采用機(jī)械臂，其存在以下問題：機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和控制均比較復(fù)雜，而且設(shè)計(jì)和運(yùn)行成本均比較高，可靠性較低，可工作區(qū)域受限。存在以上問題的原因是：采用機(jī)械臂的在軌維護(hù)方式，則必須為所有在軌可更換單元(oru)設(shè)計(jì)專用接口，對機(jī)械臂的控制相對復(fù)雜且存在盲區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有大插拔力快接系統(tǒng)在軌維護(hù)對機(jī)械臂的依賴的問題，本發(fā)明提供一種基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)，包括設(shè)置在在軌可更換單元中的快接插座和設(shè)置在主光機(jī)平臺中的快接插頭，還包括：

與主光機(jī)平臺固連的快接插頭安裝板，所述在軌可更換單元通過多個(gè)不脫落連接螺釘固定在快接插頭安裝板上，所述快接插頭固定在快接插頭安裝板上；

固定在快接插頭安裝板上且位于在軌可更換單元左右兩側(cè)的兩個(gè)定位導(dǎo)向銷釘，用于限定在軌可更換單元的位置；

固定在在軌可更換單元下端的快接插座安裝板，所述快接插座固定在快接插座安裝板上；

分別固定在在軌可更換單元下端左右兩個(gè)側(cè)面上的兩個(gè)助力支耳，兩個(gè)助力支耳關(guān)于在軌可更換單元質(zhì)心對稱；

分別固定在快接插頭安裝板左右兩側(cè)的兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)，兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)與兩個(gè)助力支耳一一對應(yīng)，通過撥動(dòng)兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)帶動(dòng)助力支耳使得快接插頭與快接插座對接到位，兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)同時(shí)旋轉(zhuǎn)90°完成在軌可更換單元的插拔。

進(jìn)一步的，所述助力機(jī)構(gòu)包括：

固定在快接插頭安裝板上的旋轉(zhuǎn)軸座；

安裝在旋轉(zhuǎn)軸座上的共軛凸輪；

固定在共軛凸輪側(cè)面圓周上的扇形結(jié)構(gòu)，所述扇形結(jié)構(gòu)與共軛凸輪的旋轉(zhuǎn)中心具有偏心距，能夠保證助力機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)后帶動(dòng)在軌可更換單元到達(dá)設(shè)定位置；

固定在共軛凸輪圓柱面上的轉(zhuǎn)桿插座；

安裝在轉(zhuǎn)桿插座中的助力轉(zhuǎn)桿，所述助力轉(zhuǎn)桿能從轉(zhuǎn)桿插座中拔出；

撥動(dòng)助力轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)共軛凸輪繞自身旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)扇形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述助力支耳包括：

固定在在軌可更換單元上的本體；

設(shè)置在本體上的上助力塊和下助力塊，所述上助力塊與下助力塊相對設(shè)置，所述上助力塊的上緣與下緣均為平面結(jié)構(gòu)，所述下助力塊的上緣為圓弧形結(jié)構(gòu)、下緣為平面結(jié)構(gòu)，所述上助力塊和下助力塊均與扇形結(jié)構(gòu)相互配合。

進(jìn)一步的，拔出在軌可更換單元時(shí)，所述上助力塊下緣與扇形結(jié)構(gòu)外緣相配合；插入在軌可更換單元時(shí)，所述下助力塊上緣與扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)緣相配合。

進(jìn)一步的，所述定位導(dǎo)向銷釘?shù)膶?dǎo)向長度大于助力機(jī)構(gòu)在導(dǎo)向方向上的運(yùn)行距離。

進(jìn)一步的，還包括用于手持在軌可更換單元的兩個(gè)把手，兩個(gè)把手均固定在在軌可更換單元上端面上并且位于上端面左右兩側(cè)。

進(jìn)一步的，所述扇形結(jié)構(gòu)、左側(cè)助力支耳、右側(cè)助力支耳均采用錫青銅合金制成。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明提出一種具有助力功能的可在軌維護(hù)快接系統(tǒng)，其中的助力機(jī)構(gòu)是基于雙共軛凸輪助力原理設(shè)計(jì)而成的，宇航員操作時(shí)只需輕輕旋轉(zhuǎn)兩側(cè)的助力轉(zhuǎn)桿即可實(shí)現(xiàn)在軌可更換單元的拆裝工作，真正的實(shí)現(xiàn)了快接的目的，擺脫了大插拔力快接系統(tǒng)在軌維護(hù)對機(jī)械臂的依賴，有效的提高了宇航員在軌維護(hù)的能力。

2、本發(fā)明創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)了一種偏心共軛凸輪助力機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)重量輕、體積小、具有較大的力的放大比。

3、本發(fā)明中的助力機(jī)構(gòu)通過與助力支耳相互配合，形成一種直插式的快接連接結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)以較小的力將在軌可更換單元快速的插入拔出。

4、本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊、質(zhì)量輕、體積小、便于安裝，同時(shí)力的放大比較大。

5、本發(fā)明具有很好的通用性，適合于在類似在軌可更換單元的在軌維護(hù)領(lǐng)域推廣使用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)的立體圖(省略了快接插頭安裝板和在軌可更換單元前面板)。

圖2為本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)的主視圖。

圖3為左助力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為左助力支耳的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為快接插座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為快接插座安裝板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為快接插頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、左側(cè)助力機(jī)構(gòu)，1-1、旋轉(zhuǎn)軸座，1-2、共軛凸輪，1-3、轉(zhuǎn)桿插座，1-4、助力轉(zhuǎn)桿，1-5、扇形結(jié)構(gòu)，2、左側(cè)助力支耳，2-1、本體，2-2、上助力塊，2-3、下助力塊，3、右側(cè)助力機(jī)構(gòu)，4、右側(cè)助力支耳，5、在軌可更換單元(oru)，6、快接插座，7、快接插座安裝板，8、快接插頭，9、快接插頭安裝板，10、定位導(dǎo)向銷釘，11、不脫落連接螺釘，12、把手。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

現(xiàn)有航天器中設(shè)置有主光機(jī)平臺以及在軌可更換單元5，所謂在軌可更換單元5是一種為航天器提供某種功能的相對獨(dú)立的功能模塊或小型載荷，在本發(fā)明中將這些功能模塊或小型載荷統(tǒng)稱為在軌可更換單元5，本發(fā)明主要是針對在軌可更換單元5進(jìn)行插拔更換。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)主要包括：左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1、左側(cè)助力支耳2、右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3、右側(cè)助力支耳4、快接插座6、快接插座安裝板7、快接插頭8、快接插頭安裝板9、2個(gè)定位導(dǎo)向銷釘10、多個(gè)不脫落連接螺釘11、用于手持在軌可更換單元5的把手12，把手12數(shù)量為2個(gè)。

整個(gè)系統(tǒng)通過快接插頭安裝板9與主光機(jī)平臺進(jìn)行固定連接，在軌可更換單元5下端通過多個(gè)不脫落連接螺釘11固定在快接插頭安裝板9上的設(shè)定位置。2個(gè)定位導(dǎo)向銷釘10固定在快接插頭安裝板9上，并且位于在軌可更換單元5左右兩側(cè)，用于限定在軌可更換單元5的位置。在軌可更換單元5中設(shè)置有快接插座6，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，而主光機(jī)平臺中設(shè)置有快接插頭8，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，快接插座6與快接插頭8構(gòu)成連接器，有直插型和旋插型兩種，為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)的快速性，本發(fā)明中選用直插型。快接插座安裝板7固定在在軌可更換單元5下端，快接插座6固定在快接插座安裝板7上，快接插座安裝板7的結(jié)構(gòu)如圖6所示?？旖硬孱^8固定在快接插頭安裝板9上。兩個(gè)把手12均固定在在軌可更換單元5上端面上并且位于上端面左右兩側(cè)。左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4分別固定在在軌可更換單元5下端左右兩個(gè)側(cè)面上，這兩個(gè)助力支耳在在軌可更換單元5上的具體安裝位置關(guān)于在軌可更換單元5的質(zhì)心對稱。左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1與右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3分別固定在快接插頭安裝板9左右兩側(cè)。左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1與左側(cè)助力支耳2的位置相對應(yīng)，右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3與右側(cè)助力支耳4的位置相對應(yīng)。在軌可更換單元5更換前后，通過撥動(dòng)左右兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)并帶動(dòng)助力支耳使得快接插頭8與快接插座6對接到位。

左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1與右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3的結(jié)構(gòu)尺寸均相同，兩個(gè)助力機(jī)構(gòu)是以一對互為鏡像的偏心共軛凸輪為原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。以左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1為例進(jìn)行介紹。如圖3所示，左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1主要由旋轉(zhuǎn)軸座1-1、共軛凸輪1-2、轉(zhuǎn)桿插座1-3、助力轉(zhuǎn)桿1-4、扇形結(jié)構(gòu)1-5組成。旋轉(zhuǎn)軸座1-1通過螺釘固定在快接插頭安裝板9上。共軛凸輪1-2安裝在旋轉(zhuǎn)軸座1-1的安裝孔中，扇形結(jié)構(gòu)1-5固定在共軛凸輪1-2的側(cè)面圓周上，所說的扇形結(jié)構(gòu)1-5與共軛凸輪1-2的旋轉(zhuǎn)中心具有一定偏心距，該偏心距能夠保證機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)后帶動(dòng)在軌可更換單元5到達(dá)設(shè)定位置，在軌可更換單元5到達(dá)設(shè)定位置后，扇形結(jié)構(gòu)1-5即與在軌可更換單元5脫離，不影響在軌可更換單元5的插拔。轉(zhuǎn)桿插座1-3固定在共軛凸輪1-2的圓柱面上，助力轉(zhuǎn)桿1-4安裝在轉(zhuǎn)桿插座1-3的安裝孔中，助力轉(zhuǎn)桿1-4可以從轉(zhuǎn)桿插座1-3中拔出。由于助力轉(zhuǎn)桿1-4通過轉(zhuǎn)桿插座1-3與共軛凸輪1-2實(shí)現(xiàn)固連，因此，當(dāng)推動(dòng)助力轉(zhuǎn)桿1-4的同時(shí)帶動(dòng)共軛凸輪1-2繞自身旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，其上的扇形結(jié)構(gòu)1-5也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。助力轉(zhuǎn)桿1-4的長度可近似視為動(dòng)力臂，共軛凸輪1-2的半徑可視為阻力臂，二者形成杠桿作用，由于二者尺寸差異較大，因此助力機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大力的放大比。

左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4的結(jié)構(gòu)尺寸相同。以左側(cè)助力支耳2為例進(jìn)行介紹。如圖4所示，左側(cè)助力支耳2主要由本體2-1、上助力塊2-2、下助力塊2-3組成。本體2-1是一種具有一定厚度的方形結(jié)構(gòu)，其四個(gè)角設(shè)置有安裝槽和安裝孔，本體2-1通過螺釘固定在在軌可更換單元5上。在本體2-1上設(shè)置有上助力塊2-2、下助力塊2-3，上助力塊2-2與下助力塊2-3相對設(shè)置，即上助力塊2-2的上緣與下緣均為平面結(jié)構(gòu)，下助力塊2-3的上緣為圓弧形結(jié)構(gòu)、下緣為平面結(jié)構(gòu)。上助力塊2-2下緣設(shè)計(jì)成平面與下助力塊2-3上緣設(shè)計(jì)成弧形結(jié)構(gòu)可確保其分別與共軛凸輪1-2的外圓弧面及內(nèi)圓弧面接觸時(shí)無干涉、且助力塊的受力區(qū)域穩(wěn)定。上助力塊2-2、下助力塊2-3均與共軛凸輪1-2上的扇形結(jié)構(gòu)1-5相互配合。具體的是：當(dāng)在軌可更換單元5拔出時(shí)，上助力塊2-2下緣與扇形結(jié)構(gòu)1-5外緣相配合，當(dāng)在軌可更換單元5插入時(shí)，下助力塊2-3上緣與扇形結(jié)構(gòu)1-5內(nèi)緣相配合。左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1與右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3均同時(shí)旋轉(zhuǎn)90°即可完成在軌可更換單元5的插拔。定位導(dǎo)向銷釘10的導(dǎo)向長度大于助力機(jī)構(gòu)在導(dǎo)向方向上的運(yùn)行距離。

本實(shí)施方式中，扇形結(jié)構(gòu)1-5、左側(cè)助力支耳2、右側(cè)助力支耳4均采用錫青銅合金制成。

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)在地面安裝階段，其具體的操作過程如下：

步驟一、將左側(cè)助力支耳2和右側(cè)助力支耳4安裝在關(guān)于在軌可更換單元5質(zhì)心對稱的位置。

步驟二、利用多根不脫落連接螺釘11將在軌可更換單元5固定于快接插頭安裝板9上的設(shè)定位置。

步驟三、將左側(cè)助力機(jī)構(gòu)1與右側(cè)助力機(jī)構(gòu)3分別安裝在快接插頭安裝板9左右兩側(cè)，兩側(cè)的助力機(jī)構(gòu)與兩側(cè)的助力支耳一一對應(yīng)，形成相互配合關(guān)系。

步驟四、通過推動(dòng)助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)對應(yīng)的助力支耳使得在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機(jī)平臺上的快接插頭8對接到位。

步驟五、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

本發(fā)明的基于雙共軛凸輪助力原理的在軌維護(hù)快接系統(tǒng)在在軌替換階段，其具體的操作過程如下：

步驟一、松開在軌可更換單元5與主光機(jī)平臺之間的多根不脫落連接螺釘11。

步驟二、插入助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟三、通過推動(dòng)助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)對應(yīng)的助力支耳使得在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機(jī)平臺上的快接插頭8分離。

步驟四、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟五、通過拉動(dòng)把手12，手動(dòng)拔出在軌可更換單元5，并安置好舊的在軌可更換單元5。

步驟六、取出新的在軌可更換單元5。

步驟七、按照定位導(dǎo)向銷釘10導(dǎo)向安裝新的在軌可更換單元5，直至宇航員力的操作極限。

步驟八、插入助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟九、通過推動(dòng)助力轉(zhuǎn)桿1-4使兩側(cè)的助力機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)對應(yīng)的助力支耳使得新的在軌可更換單元5上的快接插座6與主光機(jī)平臺上的快接插頭8對接到位。

步驟十、拔出助力轉(zhuǎn)桿1-4。

步驟十一、擰緊新的在軌可更換單元5與主光機(jī)平臺之間的多根不脫落連接螺釘11。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。