阅读说明：本技术 一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置 (Electromechanical and thermal integrated interface device of space on-orbit replaceable module ) 是由 孔宁 庄原 任杰 韩润奇 马帅 刘育强 张�杰 刘希刚 张立元 王耀兵 于 2020-04-07 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置,属于空间在轨可更换模块技术领域。该发明包括主动端与被动端两个模块,主动端包括圆壳、传动轴、锁紧卡爪、热交换输出面、电连接器插接口、导向锥杆、视觉摄像头预置槽、紧定螺钉、齿轮传动组及中心轴,被动端包括导向锥孔、热交换接收面、电连接器接收槽及中心锁紧杆。本发明可以实现在轨可更换模块在大容差下的可靠对接、轴向拉近锁紧,从而完成机械连接分离、能源通信传输、热量传导的机电热一体化协同对接,布局扁平、紧凑的锁紧机构一定程度上为模块提供了较大的可用内部空间,提高了模块的有效负载。(The invention provides an electromechanical and thermal integrated interface device of a space on-orbit replaceable module, and belongs to the technical field of space on-orbit replaceable modules. The device comprises an active end and a passive end, wherein the active end comprises a round shell, a transmission shaft, a locking claw, a heat exchange output surface, an electric connector jack, a guide taper rod, a visual camera preset groove, a set screw, a gear transmission group and a central shaft, and the passive end comprises a guide taper hole, a heat exchange receiving surface, an electric connector receiving groove and a central locking rod. The invention can realize reliable butt joint and axial drawing locking of the rail replaceable module under large tolerance, thereby completing mechanical-electrical-thermal integrated cooperative butt joint of mechanical connection separation, energy communication transmission and heat conduction, providing a larger available internal space for the module to a certain extent by a locking mechanism with flat and compact layout, and improving the effective load of the module.)

一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置

技术领域

本发明涉及空间在轨可更换模块技术领域，特别是指一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置。

背景技术

近些年来，由于空间机器人、空间交会对接等技术取得进步，使得自主在轨服务成为了现实。自主在轨服务技术可以实现目标航天器接受模块更换与升级等在轨服务，但是对目标航天器的可服务性也提出了较高的要求。

面向在轨服务的模块化航天器也逐渐成为国际航天领域的上研究热点，这种模块化航天器通常要求模块与航天器之间、模块与空间机器人之间都有标准统一的机械、能源、通信、热控等接口，其模块具有可更换、易操作、即插即用等特性。

航天器在发射前要采取一系列提高可靠性的措施，如对元件要求更高、采用冗余设计、选用相对成熟部件及成熟技术等，结构过冗余的锁紧能力，虽然提高了可靠性，但是在一定程度上提高了接口的复杂性，进而造成模块的重量上升，使得模块内部可用空间大幅降低。

发明内容

本发明为解决在在轨可更换模块在扁平、狭小空间下实现轴向拉近锁紧形式，从而完成机械连接分离、能源通信传输、热量传导的机电热一体化协同对接等问题，提供一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置。

该装置包括主动端与被动端，主动端包括圆壳、传动轴、锁紧卡爪、热交换输出面、电连接器插接口、导向锥杆、视觉摄像头预置槽、紧定螺钉、齿轮传动组、螺柱及中心轴，被动端包括导向锥孔、热交换接收面、电连接器接收槽及中心锁紧杆，锁紧卡爪、紧定螺钉、齿轮传动组、螺柱及中心轴位于圆壳内，电动机与传动轴相连，锁紧卡爪位于螺柱上，电连接器插接口、视觉摄像头预置槽分别位于热交换输出面的两侧，导向锥杆分布在主动端对接面的四角上，导向锥孔分布在被动端对接面的四角上，电连接器接收槽位于热交换接收面两侧，中心锁紧杆位于被动端对接面中心。

电动机与传动轴通过齿轮传动组传递扭矩。

齿轮传动组位于传动轴与螺柱上相互啮合，齿轮传动组的中心大齿轮位于中心轴上。

锁紧卡爪与螺柱之间为螺纹副连接。

圆壳与主动端端面通过紧定螺钉及螺柱连接。

导向锥杆与主动端一体成形，导向锥杆身部为圆柱形，直径小，起到粗导向作用，底部呈锥形，直径大，起到精导向作用，导向锥杆底部含有传感器。

导向锥孔通过螺钉与被动端对接面连接。

中心锁紧杆头部直径大于身部直径。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明运用导向锥杆的粗精导向实现在视觉摄像控制下的精确对接，具有占用空间小、导向精度高、检测控制方便等优点。

附图说明

图1为本发明的空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置的结构示意图；

图2为本发明的空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置的主动端结构爆炸示意图；

图3为本发明的空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置的被动端结构示意图。

其中：1-主动端，2-被动端，3-圆壳，4-传动轴，5-锁紧卡爪，6-热交换输出面，7-电连接器插接口，8-导向锥杆，9-视觉摄像头预置槽，10-紧定螺钉，11-齿轮传动组，12-螺柱，13-中心轴，14-导向锥孔，15-热交换接收面，16-电连接器接收槽，17-中心锁紧杆。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种空间在轨可更换模块机电热一体化接口装置。

如图1、图2及图3所示，该装置包括主动端1与被动端2，主动端1包括圆壳3、传动轴4、锁紧卡爪5、热交换输出面6、电连接器插接口7、导向锥杆8、视觉摄像头预置槽9、紧定螺钉10、齿轮传动组11、螺柱12及中心轴13，被动端2包括导向锥孔14、热交换接收面15、电连接器接收槽16及中心锁紧杆17，锁紧卡爪5、紧定螺钉10、齿轮传动组11、螺柱12及中心轴13位于圆壳内，电动机与传动轴4相连，锁紧卡爪5位于螺柱12上，电连接器插接口7、视觉摄像头预置槽9分别位于热交换输出面6的两侧，导向锥杆8分布在主动端1对接面的四角上，导向锥孔14分布在被动端2对接面的四角上，电连接器接收槽16位于热交换接收面15两侧，中心锁紧杆17位于被动端2对接面中心。

在主动端1模块中，电动机与传动轴4相连，通过位于传动轴4与螺柱12上相互啮合的齿轮传动组11传递扭矩，其中齿轮传动组11含有4个小齿轮、1个大齿轮，小齿轮分别固定在传动轴4和三根螺柱12上，大齿轮位于中心轴13上，锁紧卡爪5位于螺柱12上，两者之间为螺纹副连接，使得锁紧卡爪5可以实现旋转与平移两种运动，锁紧卡爪5、紧定螺钉10、齿轮传动组11、螺柱12、中心轴13位于圆壳3内，且圆壳3与主动端端面通过紧定螺钉10、螺柱12连接，导向锥杆8与主动端一体成形，分布在对接面的四角上，导向锥杆8身部为圆柱形，直径小，起到粗导向作用，底部呈锥形，直径大，起到精导向作用，用于实现卫星在大角度、径向容差下机械连接部分的精确对接，导向锥杆8底部含有传感器，用于实时监测卫星之间的相对距离，电连接器插接口7、视觉摄像头预置槽9分别位于热交换输出面6的两侧，电热接口的平面布置为机构实现能源通信传输、热能传导提供了较大空间。

在被动端2中，导向锥孔14分布在被动端对接面的四角上，且通过螺钉连接，电连接器接收槽16位于热交换接收面15两侧，中心锁紧杆17位于被动端对接面中心，且中心锁紧杆头部直径大于身部直径，用于承受轴向拉力，实现轴向拉近锁紧。

本发明能够在对接过程中实现锥杆导向、预接触锁紧、轴向拉近锁紧三个阶段，具体的工作原理如下：

1.锥杆导向阶段：机械臂在视觉摄像头预置槽9的辅助作用下夹持装配有主动端1的在轨可更换模块进行对接，在粗导向阶段，锁紧卡爪5整体为“打开”状态，等待被动端2中心锁紧杆17的就位，机械臂在进给模式中推动主动端1接近导向锥孔14，使得导向锥杆8身部进入导向锥孔14中；

2.预接触锁紧阶段：当导向锥杆8底部的传感器受到触发，导向阶段结束，械臂切换工作模式至随动模式，进入锁紧阶段，此时被动端2的中心锁紧杆17就位，之后主动端1电动机启动，驱动三个同步转动的齿轮，齿轮带动与其固连的螺柱12转动，在摩擦力的作用下，螺柱12驱动三个锁紧卡爪5实现转动，直至卡槽与中心锁紧杆17接触；

3.轴向拉近锁紧阶段：电动机继续驱动齿轮传动组11，由于受到中心锁紧杆17的止转作用，在螺柱12的螺纹的作用下，三个锁紧卡爪5同步向下运动，压紧中心锁紧杆17的端面，在压紧力的作用下，导向锥杆8底部进入到精导向阶段，进一步实现电连接器插接口7的插接，热交换环的贴紧，最终在对接界面锁紧的基础上，完成了能源及通信接口的可靠性连接和热交换界面的带压接触，实现在轨可更换模块机电热一体化传输。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。