一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构

摘要

本发明一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，包括外壳、主活塞、驱动单元、端盖、取电单元、取电活塞、取电活塞限位簧片、主活塞限位簧片；主活塞放置于外壳内部的滑槽内，两端分别连接驱动单元和主活塞限位簧片，主活塞限位簧片的另一端靠在外壳的内壁上；主活塞的上表面安装有换向机构；驱动单元分别于主活塞和端盖连接；取电单元固定安装在取电活塞上；取电活塞放置于外壳上表面挖的滑槽内，取电活塞的一端安装有取电活塞限位簧片，取电活塞限位簧片的另一端靠在外壳的内壁上，通过预张力对取电活塞在外壳的高度方向上进行限位；换向机构将主活塞沿外壳长边方向上的横向运动转换成取电活塞沿外壳高度方向上的纵向运动。

权利要求

1.一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，其特征在于：包括外壳(101)、主活塞(102)、驱动单元(103)、端盖(104)、取电单元(105)、取电活塞(106)、取电活塞限位簧片(107)、主活塞限位簧片(108)；外壳(101)为中空的长方体结构，外壳(101)内部挖有供主活塞(102)沿外壳(101)长边方向滑动的滑槽，主活塞(102)放置于滑槽内，主活塞(102)的一端与驱动单元(103)的一端固定连接，另一端安装有主活塞限位簧片(108)，主活塞限位簧片(108)的另一端靠在外壳(101)的内壁上，通过预张力对主活塞(102)在外壳(101)的长边方向上进行限位；主活塞(102)的上表面安装有换向机构；端盖(104)固定安装在外壳(101)的一端；驱动单元(103)的一端和主活塞(102)相连，另一端固定安装在端盖(104)上；取电单元(105)固定安装在取电活塞(106)上；外壳(101)上表面挖有供取电活塞(106)沿外壳(101)高度方向滑动的滑槽，取电活塞(106)放置于滑槽内，取电活塞(106)的一端安装有取电活塞限位簧片(107)，取电活塞限位簧片(107)的另一端靠在外壳(101)的内壁上，通过预张力对取电活塞(106)在外壳(101)的高度方向上进行限位；换向机构将主活塞(102)沿外壳(101)长边方向上的横向运动转换成取电活塞(106)沿外壳(101)高度方向上的纵向运动；所述的换向机构为楔形结构，楔形结构的斜面与取电活塞(106)的下端接触。

2.根据权利要求1所述的一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，其特征在于：所述的驱动单元(103)为形状记忆合金。

3.根据权利要求1所述的一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，其特征在于：所述的取电单元(105)为能够插入导线内的探针。

说明书

一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构。

背景技术

[0002] 卫星地面一次电源取电检测技术从卫星发明就已经存在，经过了1个世纪的发展，目前该技术已经成为成熟的高精度的检测技术，相关外部设备如电流钳，万用表已经非常成熟且可靠，完全可以满足卫星地面检测使用。

[0003] 即便通过充分检测，电源故障在空间仍然频发。过去30年中，全世界共发射了超过4000个航天器，其中129个不同的航天器发生的156个在轨故障。在这中间由电路引起的故障约占45％，远大于机械结构引发的卫星在轨故障。供配电系统的失效对于航天器具有严重的影响，45％的供配电故障导致整个任务的失效，80％的供配电故障导致对于整个任务有严重的影响。电路引起的故障中，50％是由于太阳电池阵故障引起的，太阳电池阵故障主要分为：太阳帆板故障、电池串故障、电池故障、电池阵定向故障、电池阵衰减等五种类型。
太阳帆板故障主要是由于帆板未能正常展开或者分离引起的；电池串故障主要是由于电缆故障、空间碎片损坏引起的；电池故障主要是由于空间碎片、阴影区引起的；电池阵定向故障主要是由于电池阵驱动锁死，航天器姿态控制失效触发；电池阵衰减主要是由于对空间环境估计错误导致辐射损坏、或者化学尘埃污染、以及保护层过厚引起。这就对在轨航天器的电源检测与在轨维护提出了很大的需求。

[0004] 目前地面针对电缆线的检测主要通过两种方式进行，一种是破坏式的探针检测法，通过将探针插入被检测对象构成回路实现，另外一种是电流钳检测法，即将被检测电缆线穿过电流钳，通过测量电缆线周边的磁场强度，即自感原理实现对电缆情况的检测。

[0005] 在轨卫星的电源检测主要通过分布于星上的多组预置电流电压传感器进行检测，但这依赖于卫星星务总线轮询采集实现，无法直接取电进行。

[0006] 受空间位置限制，目前在轨卫星通过外部设备进行电源取电的机构仍属空白。

发明内容

[0007] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种可用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，实现在轨卫星的电源检测，提高了一次取电成功几率，为后续的在轨检测工作打下了良好的基础。

[0008] 本发明的技术方案是：一种用于在轨卫星维护的电缆取电连接机构，包括外壳、主活塞、驱动单元、端盖、取电单元、取电活塞、取电活塞限位簧片、主活塞限位簧片；外壳为中空的长方体结构，外壳内部挖有供主活塞沿外壳长边方向滑动的滑槽，主活塞放置于滑槽内，主活塞的一端与驱动单元的一端固定连接，另一端安装有主活塞限位簧片，主活塞限位簧片的另一端靠在外壳的内壁上，通过预张力对主活塞在外壳的长边方向上进行限位；主活塞的上表面安装有换向机构；端盖固定安装在外壳的一端；驱动单元的一端和主活塞相连，另一端固定安装在端盖上；取电单元固定安装在取电活塞上；外壳上表面挖有供取电活塞沿外壳高度方向滑动的滑槽，取电活塞放置于滑槽内，取电活塞的一端安装有取电活塞限位簧片，取电活塞限位簧片的另一端靠在外壳的内壁上，通过预张力对取电活塞在外壳的高度方向上进行限位；换向机构将主活塞沿外壳长边方向上的横向运动转换成取电活塞沿外壳高度方向上的纵向运动。

[0009] 所述的换向机构为楔形结构，楔形结构的斜面与取电活塞的下端接触。

[0010] 所述的驱动单元为形状记忆合金。

[0011] 所述的取电单元为能够插入导线内的探针。

[0012] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0013] 1)本发明充分利用卫星在轨运行时太阳翼背板走线具有规律性的原则，首次提出并设计了一种适用于在轨卫星的自动化取电装置，通过对驱动单元的驱动实现取电，通过该装置与相关控制系统与吸附结构进行配合，可以实现在轨卫星的电源检测，为后续的在轨检测工作打下了良好的基础。

[0014] 2)本发明采用了单活塞驱动多个取电活塞，单个取电活塞上分布多个取电单元的布局形式，实现多组取电单元插入导线，通过后识别电流特性，来选取供电通路。这种形式显著提高了一次取电成功几率。

附图说明

[0015] 图1为本发明的主结构分解示意图；

[0016] 图2为本发明的正视图；

[0017] 图3为本发明的俯视图；

[0018] 图4为本发明的正剖视图；

[0019] 图5为本发明的侧剖视图。

具体实施方式

[0020] 如图1-图5所示，本发明由外壳101、主活塞102、驱动单元103、端盖104、取电单元105、取电活塞106、取电活塞限位簧片107、主活塞限位簧片108组成；外壳101为中空的长方体结构，内部挖有供主活塞102沿外壳101长边方向滑动的滑槽，以及供取电活塞限位簧片
107、主活塞限位簧片108加预张力的侧壁孔、电缆引线孔；主活塞102放置于滑槽内，主活塞
102的一端与驱动单元103的一端固定连接，另一端安装有主活塞限位簧片108，主活塞限位簧片108的另一端靠在外壳101的内壁上，通过预张力对主活塞102在外壳101的长边方向上进行限位；主活塞102的上表面安装有换向机构；端盖104固定安装在外壳101的一端；驱动单元103的一端和主活塞102相连，另一端固定安装在端盖104上；取电单元105固定安装在取电活塞106上；外壳101上表面挖有供取电活塞106沿外壳101高度方向滑动的滑槽，取电活塞106放置于滑槽内，取电活塞106的一端安装有取电活塞限位簧片107，取电活塞限位簧片107的另一端靠在外壳101的内壁上，通过预张力对取电活塞106在外壳101的高度方向上进行限位；换向机构将主活塞102沿外壳101长边方向上的横向运动转换成取电活塞106沿外壳101高度方向上的纵向运动。

[0021] 在对在轨卫星取电时，本发明需要与吸附装置以及相关控制系统配合实现功能，本发明不对吸附装置与控制系统进行说明。

[0022] 本发明中取电单元105可以是采用接触式原理插入导线内的探针、也可以是采用非接触测量的微型电流钳等，但不限于上述的一切直接或者间接对电缆产生主动或者被动影响的设备。驱动单元103可以是微型直线电机、电磁驱动设备、形状记忆合金等直线驱动设备，也可以是微型旋转电机+齿轮齿条、超声波电机+空间凸轮等其他驱动形式转化为直线驱动设备，但不限于上述所有可以产生驱动的设备。换向机构安装于主活塞上，并与取电活塞接触，将主活塞的横向运动转化为纵向运动，换向机构可以是楔形滑动机构、曲柄摇杆机构、齿轮齿条机构等，但不限于上述的一切将横向运动转换为纵向运动的机构。

[0023] 上述的驱动单元103与换向机构相互组合中，在“是否在轨可重复使用”及“在轨动作后取电单元是否机械固定”方面两两组合产生4类设备。即第1类在轨可重复使用取电单元机械固定，如旋转电机+蜗轮蜗杆+曲柄摇杆机构，其依靠旋转电机的正反转实现重复使用，依靠蜗轮蜗杆的反向自锁实现取电单元的机械固定；第2类在轨不可重复使用取电单元机械固定，如单向电磁推力器+楔形滑动机构，单向电磁推力器一次动作，楔形滑动机构依靠摩擦角自锁实现取电单元机械固定；第3类在轨可重复使用取电单元非机械限位，如超声波电机+减速器+空间凸轮+曲柄摇杆，超声波电机正反转实现重复动作，空间凸轮将旋转运动转换为直线运动，带动曲柄摇杆驱动取电单元上下运动；第4类在轨不可重复使用取电单元非机械限位如形状记忆合金+齿轮齿条组，形状记忆合金单次动作，驱齿轮齿条组，并驱动取电单元向上运动，取电单元位置保持依靠形状记忆合金刚度实现，位置保持能力差。4类设备应用场合不一样，在功能完整性、可靠性、等方面各有所长，无优略之分。上述只是对4类设备举例，但不限于一切“是否可重复使用”与“取电单元是否机械固定”组合的机械形式。

[0024] 本发明以取电单元为探针、驱动单元为形状记忆合金、换向机构为楔形滑动机构为例，说明“一种在轨卫星维护的电缆取电连接机构”的具体实施方式。

[0025] 本发明首先要执行维护任务的机器人/卫星附着在在轨航天器太阳翼背面，随后，控制设备对驱动单元103(形状记忆合金)加电，驱动单元103(形状记忆合金)驱动主活塞102向右侧运动，在主活塞102的下端与取电活塞106上的换向机构的楔形面组成楔形滑动机构，主活塞102向右运动时，楔形面与取电活塞106的下端作用，驱动取电活塞106向上运动，取电活塞106、取电单元105为一体，在取电活塞106向上运动的同时，取电单元105向上刺出，刺入导线内。控制设备通过后识别导线电流大小、极性，与已知数据比对，可实现故障诊断。

[0026] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。