火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統的製作方法

2023-04-28 23:13:21

專利名稱:火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種運載火箭中的機械技術領域：
的裝置，具體的說，是一種火箭
兩棲自動對接與脫離機器人系統。
背景技術：
美國作為世界航天強國，經多年發展，形成了以火箭箭體為安裝基架的"箭棲"對接技術，即自動對接裝置安裝在火箭箭體上，對接及加注的過程中加注口與加洩連接器均處於相對靜止狀態，這樣便避免了對接和加注過程中由於箭體晃動所產生的對中及隨動難度。其特點是分離機構與連接機構各自分開，在自動脫離的實現方面，對接裝置與火箭箭體之間的鎖緊解除後，利用火箭起飛所產生的上升運動進行強力脫離，當火箭起飛1. 9釐米才自動脫開。"箭棲"對接的特點是自動對接裝置體積小巧，結構緊湊，對接的可靠性高。但使用前需要由人工先將對接裝置安裝在箭體上，這就造成一旦對接裝置與箭體脫離後則無法實現自動再對接；同時，由於必須要在火箭箭體上預留對接裝置的安裝接口，增加了箭體自重和發射負荷。此外，利用箭體發射所產生的升力進行對接裝置與箭體的強力分離，雖然能夠完成自動脫離動作，但脫離動作缺乏流暢，易對箭體活門和貯箱造成傷害，美國曾發生過由於對接裝置不能從火箭上脫落導致管路被火箭拉斷使火箭推進劑貯箱嚴重損壞致使發射失敗的惡性事故。
經對現有技術的文獻檢索發現，中國專利號為NO. 85105354，公開號為CN85105354的專利中公開了 一種煙花火箭推進器自動裝藥機。它屬於火箭型煙花推進器生產的自動化裝藥液力機械設備。由主機、液壓系吸塵系統、冷卻系統和控制臺等五大部分組成。主機與其他部分遠離並用牆壁隔開，液壓或氣壓管道連接，以實現液壓控制和驅動各運動機構工作。冷卻系統的壓縮空氣道送到打孔座，打孔座開有與其軸線成一定角度的小氣孔以冷卻打孔針頭。該機構的不足之處在於對接的兩個部件始終處於相對靜止狀態，分離機構與連接機構各自分開，它只能實現一個固定部件與一個隨動部件的對接。無法解決部件受外界的微小晃動時的對接，缺乏靈活性，脫離動作缺乏流暢，精度不高，裝置體積笨拙，結構複雜，對接的可靠性不高。
我國目前運載火箭推進劑加注過程中加洩連接器與箭體活門的對接與脫離工作仍採用傳統的人工方式。由於箭體發射所需要的燃料包含可多有毒氣體，一旦出現洩露就會對人體造成傷害。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，實現運載火箭推進劑加注過程中加洩連接器與箭體活門的對接與脫離自動化，從而改變了我國目前運載火箭加洩連接器與箭體活門的對接與脫離採用傳統的人工方式的現狀。本發明裝置體積小巧，結構緊湊，對接的可靠性高，除了具有"箭棲"對接技術結構降低箭體晃動所產生的對中及隨動難度外，還解決了"箭棲"對接技術結構中不可重複對接的缺點等問題。[0007] 本發明是通過以下技術方案來實現的，本發明包括攝像頭、測距板、傳感器、管道、控制箱、空間位姿調節機構、上模板、下模板、上模板移動部件、加洩連接器夾持板、拉 杆、對接板、加洩連接器、固定銷、前端攝像頭，其中攝像頭安裝在測距板上，空間位姿調節 機構用螺栓固定在控制箱上，前端攝像頭固定於控制箱上，下模板固定在空間位姿調節機 構的末端件上，下模板右端部分有一錐型導軌，上模板與下模板之間裝有內置紅外測距傳 感器，上模板下部安裝有加洩連接器夾持板，加洩連接器夾持板與加洩連接器固定在一起， 管道通過螺紋與加洩連接器連接，拉杆固定於加洩連接器上，上模板上部安裝有上模板移 動部件，上模板移動部件與對接板固定連接，上模板移動部件內部採用滾珠絲槓傳動。 所述上模板移動部件包括滾珠絲槓、螺母、滑塊，滾珠絲槓與螺母相配合，滑塊固 定在螺母之上，滾珠絲槓帶動與之相配合的螺母一起運動，滑塊與螺母一起實現水平移動， 上模板移動部件的滑塊與對接板固定在一起，自動分離時，對接板上的固定銷在攝像頭的 監測下插入箭體上的插孔中，此時空間位姿調節機構調節向下運動，上模板和下模板在下 模板的錐型導軌的引導下自動分離。
所述對接板固定在箭體上不動時，上模板與固定於其上部的上模板移動部件通過 滾珠絲槓一起向前運動，帶動固定於上模板下部的加洩連接器加持板和加洩連接器向前一 起運動，加洩連接器在前端攝像頭的監測下與箭體活門準確對接，實現了運載火箭推進劑 加注過程中加洩連接器與箭體活門的自動對接。
當加洩連接器與箭體活門完成燃料的輸送後，此時對接板仍然固定在箭體上不 動，下模板與固定於它上部的上模板移動部件通過裡面的滾珠絲槓向後運動，則加洩連接 器與箭體活門首先分離了。繼續向後運動到下模板的上方，此時空間位姿調節機構調節向 上運動，從而使得上下模板在錐型導軌的引導下自動對接。實現了上下模板的"合模"動作。 有彈性的固定銷在攝像頭的監測下脫開箭體上的插孔，接著上模板移動部件與固定於之上 的對接板在上模板移動部件內部的滾珠絲槓的傳動下向後運動，從而使得整個機構回到初 始狀態。實現了加洩連接器與箭體活門的自動脫離動作。
本發明中的上模板移動部件內部採用滾珠絲槓帶動螺母實現水平移動。在加洩 連接器與箭體活門的自動對接與脫離過程中，運用了運動的相對性原理，實現上模板移動 部件上下部固定的部件的不同步工作，從而簡化了機構，實現了系統裝置結構緊湊，體積小 巧，結構上減輕了整體的重量。在上下模板對接和分離的過程中，本發明採用了錐形導向杆 的導向作用，提高了系統對接的可靠性。本發明，除了具有"箭棲"對接技術結構降低箭體 晃動所產生的對中及隨動難度外，還解決了"箭棲"對接技術結構中不可重複對接的缺點等 問題


圖1為本發明結構示意圖(主視圖)；
圖2為本發明結構示意圖(俯視圖)；
圖中攝像頭1、測距板2、傳感器3、管道4、控制箱5、空間位姿調節機構6、上模板 7、下模板8、上模板移動部件9、加洩連接器加持板10、拉杆11、對接板12、加洩連接器13、 固定銷14、插孔15、箭體16、前端攝像頭17。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前 提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下 述的實施例。
如圖1圖2所示，本實施例包括攝像頭1、測距板2、傳感器3、管道4、控制箱5、空 間位姿調節機構6、上模板7、下模板8、上模板移動部件9、加洩連接器夾持板10、拉杆11、 對接板12、加洩連接器13、固定銷14、前端攝像頭17。
所述上模板移動部件9內部採用滾珠絲槓傳動，包括滾珠絲槓、螺母、滑塊，滾珠 絲槓與螺母相配合，滑塊固定在螺母之上。滾珠絲槓帶動螺母、滑塊實現水平移動。
控制箱5底部安裝有吸盤，吸盤可以吸附在地面上。攝像頭1安裝在測距板2上。 空間位姿調節機構6用螺栓固定在控制箱5上。下模板8固定在空間位姿調節機構6的末 端件上，隨著空間位姿調節機構6的運動而實現空間的位置和姿態。
下模板8右端部分有一錐型導軌，它在當上下模板實現自動對接和脫離時起到導
向作用。避免了上下模板實現自動對接和脫離時發生過大偏差的缺點。
上模板7與下模板8之間裝有內置紅外測距傳感器，實現上下模板對接的位置和
距離的調整。
上模板7下部安裝有加洩連接器夾持板IO，加洩連接器夾持板10與加洩連接器 13固定在一起。
上模板7上部安裝有上模板移動部件9，上模板移動部件9的滑塊與對接板12固 定在一起，上模板移動部件9內部的滾珠絲槓帶動固定於滑塊上的對接板12，從而使得對 接板12上的固定銷14越來越靠近箭體上的插孔15。最終有彈性的固定銷14在攝像頭1 的監測下插入箭體16上的插孔15中，此時空間位姿調節機構6調節向下運動，從而使得上 模板7和下模板8在錐型導軌的引導下自動分離。實現了整個對接板及其加洩連接器相關 部件完全的棲息在箭體16上。
管道4通過螺紋與加洩連接器13連接，用來加入燃料。拉杆11固定於加洩連接 器13上，對接板12固定在箭體上不動，根據運動的相對性，上模板7與固定於他上部的上 模板移動部件9通過裡面的滾珠絲槓一起向前運動。通過這樣上模板7就帶動了固定於它 下部的加洩連接器加持板10和加洩連接器13向前一起運動。加洩連接器13逐漸逼近箭 體活門(在箭體16內部與加洩連接器13平齊)，在固定於控制箱5上的前端攝像頭17的 監測下，加洩連接器13與箭體活門準確對接，實現了運載火箭推進劑加注過程中加洩連接 器13與箭體活門的自動對接。加洩連接器13與箭體活門的自動脫離的實現與上述的運動 過程完全相反。
當加洩連接器13與箭體活門完成燃料的輸送後，此時對接板12仍然固定在箭體 16上不動，下模板8與固定於它上部的上模板移動部件9通過裡面的滾珠絲槓向後運動，則 加洩連接器13與箭體活門首先分離了。繼續向後運動到下模板8的上方，此時空間位姿調 節機構6調節向上運動，從而使得上模板7下模板8在錐型導軌的引導下自動對接。實現 了上模板7下模板8的"合模"動作。有彈性的固定銷14在攝像頭1的監測下脫開箭體16 上的插孔15，攝像頭1安裝在測距板2上，上模板移動部件9內部的滾珠絲槓帶動固定於滑 塊上的對接板12向後運動，從而使得整個機構回到初始狀態。實現了加洩連接器13與箭體活門的自動脫離動作。
本實施例實現了運載火箭推進劑加注過程中加洩連接器與箭體活門對接與脫離 的自動化，自動對接裝置獨立於箭體之外，對接前，工作部件棲息於自動對接裝置上，加洩 連接器與箭體活門對接後，工作部件棲息於箭體上。所以本發明既具有"箭棲"對接技術結 構降低箭體晃動所產生的對中及隨動難度外，還解決了"箭棲"對接技術結構中不可重複對 接的缺點等問題。
權利要求
一種火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，包括攝像頭、測距板、傳感器、管道、控制箱、空間位姿調節機構、上模板、下模板、上模板移動部件、加洩連接器夾持板、拉杆、對接板、加洩連接器、固定銷、前端攝像頭，其特徵在於攝像頭安裝在測距板上，空間位姿調節機構用螺栓固定在控制箱上，前端攝像頭固定於控制箱上，下模板固定在空間位姿調節機構的末端件上，下模板右端部分有一錐型導軌，上模板與下模板之間裝有內置紅外測距傳感器，上模板下部安裝有加洩連接器夾持板，加洩連接器夾持板與加洩連接器固定在一起，管道通過螺紋與加洩連接器連接，拉杆固定於加洩連接器上，上模板上部安裝有上模板移動部件，上模板移動部件與對接板固定連接，上模板移動部件內部採用滾珠絲槓傳動。
2. 根據權利要求
1所述的火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，其特徵是，所述上模 板移動部件，包括滾珠絲槓、螺母、滑塊，滾珠絲槓與螺母相配合，滑塊 固定在螺母之上，滾 珠絲槓帶動與之相配合的螺母一起運動，滑塊與螺母一起實現水平移動，上模板移動部件 的滑塊與對接板固定在一起，自動分離時，對接板上的固定銷在攝像頭的監測下插入箭體 上的插孔中，此時空間位姿調節機構調節向下運動，上模板和下模板在下模板的錐型導軌 的引導下自動分離。
3. 根據權利要求
1所述的火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，其特徵是，所述對接 板，固定在箭體上不動時，上模板與固定於其上部的上模板移動部件通過滾珠絲槓一起向 前運動，帶動固定於上模板下部的加洩連接器加持板和加洩連接器向前一起運動，加洩連 接器在前端攝像頭的監測下與箭體活門準確對接，實現了運載火箭推進劑加注過程中加洩 連接器與箭體活門的自動對接。
4. 根據權利要求
1所述的火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，其特徵是，所述控制 箱底部安裝有吸盤，吸盤吸附在地面上。
專利摘要
本發明涉及一種機械技術領域：
的火箭兩棲自動對接與脫離機器人系統，包括攝像頭、測距板、傳感器、管道、控制箱、空間位姿調節機構、上模板、下模板、上模板移動部件、加洩連接器夾持板、拉杆、對接板、加洩連接器、固定銷、前端攝像頭，其中下模板右端部分有一錐型導軌，上模板移動部件內部採用滾珠絲槓帶動螺母實現水平移動。在加洩連接器與箭體活門的自動對接與脫離過程中，運用了運動的相對性原理，實現上模板移動部件上下部固定的部件的不同步工作。在上下模板對接和分離的過程中，採用了錐形導向杆的導向作用，提高了系統對接的可靠性。本發明還解決了「箭棲」對接技術結構中不可重複對接的缺點等問題。
文檔編號F41F3/052GKCN101398277 B發布類型授權 專利申請號CN 200810202313
公開日2010年6月9日 申請日期2008年11月6日
發明者嚴國元, 徐永成, 鄒利鵬, 陸晉榮, 頓向明 申請人:上海交通大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan