ES2929594T3 - Mecanismo de captura de vehículos espaciales - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un mecanismo de captura para capturar y bloquear la brida Marman ubicada en las superficies exteriores de naves espaciales/satélites. El mecanismo de captura logra su objetivo de capturar rápidamente una nave espacial objetivo al dividir las dos acciones básicas involucradas en dos mecanismos separados. Un mecanismo realiza el agarre rápido del objetivo mientras que el otro mecanismo endurece ese agarre para garantizar que el objetivo se sostenga con la firmeza deseada. Para lograr un agarre rápido, la acción de agarre está impulsada por resortes y un mecanismo sobre el centro activado mecánicamente por un émbolo o electrónicamente por sensores y un solenoide. Esto obliga a dos juegos de mordazas, uno a cada lado del objeto a agarrar, a cerrarse rápidamente sobre el objeto objetivo. Las mordazas se pueden configurar para agarrar suavemente, firmemente o incluso no cerrarse completamente sobre el objetivo. La clave es que deben cerrarse lo suficientemente apretados para que las protuberancias del objetivo no puedan escapar de las mandíbulas debido a los posibles movimientos del objetivo. Una vez que las mordazas se han cerrado, un segundo mecanismo atrae las mordazas (y su mecanismo de cierre) hacia el cuerpo de la herramienta, tirando del objetivo capturado hacia dos superficies de rigidez. El mecanismo sigue tirando hacia atrás hasta que se alcanza una precarga preestablecida, momento en el que se considera que el objetivo está adecuadamente rigidizado al mecanismo de captura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Mecanismo de captura de vehículos espaciales
SECTOR DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a mecanismos para capturar vehículos espaciales y, más concretamente, la presente invención se refiere a un dispositivo de captura para capturar y rigidizar un soporte montado en un vehículo espacial.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
El agarre de objetos objetivo en vuelo libre en el espacio implica sistemas que poseen las siguientes capacidades: adquirir la ubicación relativa de la posición del objeto objetivo en relación con el mecanismo de captura, establecer y rastrear el movimiento relativo del objetivo y el mecanismo de captura, efectuar una reducción oportuna de la separación relativa entre los dos objetos y, a continuación, actuar para capturar el objeto objetivo con la suficiente rapidez como para que sea agarrado por el mecanismo de captura antes de que el objetivo se aparte por sí mismo o sea desestabilizado por el mecanismo de captura (un evento conocido como "vuelco"). Los procedimientos por los que se establecen y rastrean las posiciones y movimientos relativos del mecanismo de captura y del objeto objetivo, y los procedimientos por los que el mecanismo de captura es desplazado a la posición para capturar no forman parte de esta descripción. En general, estos se pueden conseguir mediante el control de la órbita y la actitud del vehículo espacial de captura y, en algunos casos, mejorar con brazos manipuladores que proporcionan mayor destreza y velocidad en la etapa final de aproximación y posicionamiento del dispositivo de captura con respecto al vehículo espacial que va a ser capturado; todas estas técnicas son bien conocidas por los expertos en la materia.
No obstante, los mecanismos de captura influyen en la magnitud del movimiento relativo entre el objeto objetivo y el mecanismo de captura. Cuanto más rápido pueda realizar el mecanismo de captura una captura inicial, mayor será el movimiento relativo entre los dos objetos. Esto se debe a que si el mecanismo actúa con suficiente rapidez, el objetivo tendrá menos tiempo para apartarse. Para un mecanismo determinado, cuanto más rápido actúe este, más rápidos pueden ser los movimientos relativos entre el objeto objetivo y el mecanismo de captura. Proporcionar un mecanismo de captura que permita un mayor movimiento relativo entre el mecanismo de captura y el objeto objetivo tiene importantes beneficios para ambos objetos.
La Patente US3,346,929, concedida a Webb, da a conocer un mecanismo de retención para operar en espacios confinados, para enclavar dos vehículos espaciales entre sí. El mecanismo incluye una base que se fija a un primer vehículo espacial, e incluye dos brazos en forma de V fijados de modo pivotante en un extremo a la base y los otros extremos de estos brazos están fijados de modo pivotante a un elemento de sujeción. La acción de retención sólo se produce una vez que las interfaces de acoplamiento de los dos vehículos espaciales respectivos están estrechamente alineadas. La característica de acoplamiento del vehículo espacial cliente entra en las mordazas abiertas del dispositivo de retención y se posiciona allí mediante algo distinto a este dispositivo de retención. A continuación, se acciona el dispositivo de retención y, en un solo movimiento, se extiende, se posiciona para entrar en contacto con la brida del cliente y, a continuación, atrae la brida del cliente sobre sí mismo.
La publicación "Docking System Would Accommodate Misalignments", NTIS Tech Notes, US Department of Commerce, Springfield, VA, US, 1 de diciembre de 1991), página ISSN: 0889-8464; da a conocer un sistema de acoplamiento conceptual configurado para aceptar la desalineación entre los objetos que están siendo acoplados. El sistema incluye una sonda en uno de los objetos de acoplamiento y una cesta en el otro objeto de acoplamiento. A medida que los objetos de acoplamiento se acercan entre sí, la sonda se extiende dentro de la cesta y tres amortiguadores de corriente absorben energía de movimiento a lo largo de direcciones ortogonales al eje de la sonda con el fin de llevar a los dos objetos de acoplamiento a una parada suave, después de lo cual la sonda y la cesta se alinean y, a continuación, los dispositivos de enclavamiento de la sonda se acoplan con la cesta, trabando entre sí los objetos de acoplamiento. La Patente JP2004330943 da a conocer un mecanismo de unión de satélites artificiales en el que una estructura de armazón cilíndrica se sostiene mediante la operación oscilante de apertura/cierre de dos elementos de brazo, capturando suavemente de este modo un satélite objetivo. La estructura de armazón que se sostiene es atraída hacia el lado del satélite de mantenimiento junto con los elementos de brazo por un mecanismo de husillo de bolas, y la cara del extremo de la estructura de armazón se pone en contacto con la superficie de conexión del satélite de mantenimiento, conectando rígidamente de este modo el satélite objetivo. CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN
El mecanismo de captura dado a conocer en el presente documento está diseñado con vistas a capturar varias de las interfaces de brida de sujeción Marman de los vehículos espaciales estándar (véanse los documentos de interfaz adjuntos para las variaciones específicas). La gran mayoría de los satélites lanzados para clientes occidentales, tanto comerciales como militares, utilizan esta interfaz debido a su legado y fiabilidad. Dicho esto, el mecanismo de captura dado a conocer en el presente documento puede utilizarse para capturar rápidamente otras protuberancias del vehículo espacial objetivo, siendo el criterio clave la capacidad de las mordazas del mecanismo para cerrarse
sobre la protuberancia desde ambos lados y que, cuando están cerradas, por lo menos un lado de la protuberancia objetivo tenga un perfil extendido de modo que por lo menos una de las dos mordazas pueda ponerse detrás para contener el objetivo. Los ejemplos de perfiles de objetivos potencialmente adecuados incluirían, de forma no limitativa, asideros para el personal y barras de agarre, vigas en I y canales en C, accesorios en T, tuberías, elementos estructurales, etc.
El mecanismo de captura logra su propósito de capturar rápidamente un vehículo espacial objetivo dividiendo las dos acciones básicas implicadas en dos mecanismos independientes. Un mecanismo realiza el agarre rápido del objetivo, mientras que el otro mecanismo rigidiza ese agarre para garantizar que el objetivo se mantenga con la firmeza deseada. Para conseguir un agarre rápido, la acción de agarre se acciona mediante resortes y un mecanismo de sobrecentrado accionado mecánicamente mediante un émbolo o bien electrónicamente mediante sensores y un solenoide. Esto hace que dos juegos de mordazas, uno a cada lado del objeto que se quiere agarrar, se cierren rápidamente sobre el objeto objetivo. Las mordazas se pueden configurar para que agarren con suavidad, con firmeza o incluso para que no se cierren completamente sobre el objetivo. La clave es que deben cerrarse lo suficientemente fuerte como para que las protuberancias del objetivo no puedan escapar de las mordazas debido a cualquier posible movimiento del objetivo. Una vez que las mordazas se han cerrado por medio de resortes, un segundo mecanismo hace retroceder las mordazas (y su mecanismo de cierre) hacia el cuerpo de la herramienta tirando del objetivo capturado sobre dos superficies de rigidización. El mecanismo sigue tirando hacia atrás hasta que se alcanza una precarga preestablecida, momento en el que se considera que el objetivo está adecuadamente rigidizado al mecanismo de captura.
El alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.
Se puede conseguir una mayor comprensión de los aspectos funcionales y ventajosos de la invención haciendo referencia a la siguiente descripción detallada y a los dibujos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán realizaciones, solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos, en los que: la figura 1A muestra una vista, en perspectiva, del mecanismo de captura de la presente invención en la posición abierta y acercándose a una brida situada en un vehículo espacial;
la figura 1B es una vista lateral del mecanismo de captura de la figura 1A en la posición abierta;
la figura 2 muestra una vista, en perspectiva, del mecanismo de captura de la figura 1 pero desde una perspectiva diferente a la mostrada en la figura 1;
la figura 3 es una vista, en perspectiva, similar a la figura 1 pero siendo agarrada por el mecanismo de captura que está en la posición cerrada;
la figura 4 es una vista superior del mecanismo de captura, tomada a lo largo de la flecha 4 de la figura 3 ;
la figura 5 es una sección transversal parcial del mecanismo de captura en la posición abierta, tomada a lo largo de la línea 5-5 de la figura 1A;
la figura 6 es una sección transversal parcial del mecanismo de captura en la posición cerrada, tomada a lo largo de la línea 6-6 de la figura 3;
la figura 7 es una vista ampliada de la sección transversal de la figura 6 que muestra la parte de mordaza de sujeción con las mordazas de sujeción en la posición cerrada y que muestra detalles del mecanismo de retracción; la figura 8 es una vista ampliada de la sección transversal de la figura 5 de la parte de mordaza de sujeción con las mordazas de sujeción en la posición abierta;
la figura 9 es una vista, en perspectiva, del mecanismo de captura mostrado en sección transversal en la figura 8, con las mordazas en la posición abierta y sin un eslabón de accionamiento de leva para que se puedan ver los resortes de accionamiento de leva;
la figura 10 es un diagrama, en sección transversal parcial, tomado a lo largo de la línea 10-10 de la figura 8; la figura 11 es un diagrama, en sección transversal completa, tomado a lo largo de la línea 10-10 de la figura 8d; la figura 12 es una vista, en sección transversal, de una realización alternativa de un mecanismo de captura en la posición cargada con las mordazas de sujeción abiertas y listas para agarrar una brida Marman;
la figura 13 es una vista, en sección transversal, del mecanismo de captura de la figura 11 en la posición accionada por resortes con las mordazas de sujeción agarrando una brida Marman y cerradas sobre la misma;
la figura 14 es una vista, en sección transversal, del mecanismo de captura de la figura 11 en la posición retraída y bloqueada con las mordazas de sujeción agarrando una brida Marman y cerradas sobre la misma; y
la figura 15 es un diagrama de bloques que muestra un satélite de mantenimiento equipado con el presente mecanismo de captura para capturar un satélite; y
la figura 16 muestra un ejemplo no limitativo, a modo de ejemplo, de un sistema de control informático que puede ser utilizado para controlar las acciones de la herramienta robótica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Varias realizaciones y aspectos de la invención se describirán haciendo referencia a los detalles analizados a continuación. La siguiente descripción y los dibujos son ilustrativos de la invención y no deben interpretarse como
una limitación de la misma. Los dibujos no están necesariamente a escala. Se describen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión exhaustiva de diversas realizaciones de la presente invención. No obstante, en ciertos casos, no se describen detalles bien conocidos o convencionales para proporcionar un análisis conciso de las realizaciones de la presente invención.
Tal como se utilizan en el presente documento, los términos "comprende" y "que comprende" deben interpretarse como inclusivos y abiertos, y no exclusivos. En concreto, cuando se utilizan en esta memoria descriptiva incluidas las reivindicaciones, los términos "comprende" y "que comprende" y sus variaciones significan que se incluyen las características, etapas o componentes especificados. No se debe interpretar que estos términos excluyen la presencia de otras características, etapas o componentes.
Tal como se utiliza en el presente documento, el término "a modo de ejemplo" significa "que sirve como ejemplo, caso o ilustración", y no debe interpretarse como preferente o ventajoso sobre otras configuraciones dadas a conocer en el presente documento.
Tal como se utilizan en el presente documento, los términos "unos" y "aproximadamente", cuando se utilizan junto con los intervalos de dimensiones de partículas, composiciones de mezclas u otras propiedades o características físicas, pretenden abarcar las ligeras variaciones que pueden existir en los límites superior e inferior de los intervalos de dimensiones para no excluir las realizaciones en las que, en promedio, se satisfacen la mayoría de las dimensiones pero en las que estadísticamente pueden existir dimensiones fuera de esta región. No se pretende excluir de la presente invención realizaciones como estas.
El dispositivo de captura dado a conocer en el presente documento ha sido concebido para abordar dos tipos de captura de vehículos espaciales/objetos espaciales. En general, sirve para capturar objetos "no preparados". Esto se refiere a una clase de vehículos espaciales cliente que no fueron diseñados con características hechas a propósito que serían utilizadas más adelante para la captura mediante un vehículo espacial de mantenimiento una vez que el vehículo espacial cliente estuviera en órbita. El dispositivo de captura ha sido diseñado para capturar, a través de una acción de agarre, características naturales tales como los anillos adaptadores de lanzamiento que están presentes en la mayoría de los vehículos espaciales para el acoplamiento al vehículo de lanzamiento antes de la liberación en órbita.
Otras características naturales, tales como raíles, también serían aplicables. Una característica secundaria de estos vehículos espaciales no preparados para los que está previsto este dispositivo de captura propuesto son los vehículos espaciales no cooperativos. Estos son vehículos espaciales cliente que ya no están bajo un control de actitud estándar, donde el vehículo espacial ya no se mantiene en una actitud estable, sino que están dando vueltas, es decir, rotando alrededor de uno o varios ejes con respecto a su dirección de puntería deseada. En una captura sin rotación, el vehículo espacial de mantenimiento de encuentro se mueve, en general, con respecto al cliente en un solo eje de movimiento. En la captura de un vehículo espacial en rotación, el vehículo espacial de mantenimiento y/o su brazo manipulador tienen que acortar la separación entre el mismo y el cliente en varios ejes. Esto da especial importancia a que el dispositivo de captura sea capaz de agarrar rápidamente el vehículo espacial en rotación, en lo que es un tiempo de zona de captura mucho menor, en general, limitado por la capacidad de respuesta de la actitud del vehículo espacial y el sistema de control orbital y la capacidad de respuesta y las velocidades de pico del brazo manipulador. El conjunto de objetivos viables aumentará con la capacidad del mecanismo de captura para capturar más rápidamente una característica mecánica del cliente en un intervalo mayor de movimiento relativo. Además, el vehículo espacial que transporta el mecanismo de captura no tendrá que controlar su propia posición con tanta precisión, lo que hará que se necesite menos propelente y que se tenga que desarrollar una aviónica menos precisa, lo que dará lugar a una reducción de los costes totales de la misión.
La importancia de agarrar rápidamente el cliente, que potencialmente está rotando, supone un reto para las pinzas robóticas habituales. Estas tienen que cerrarse rápidamente, y a la vez producir una carga de agarre aplicada lo suficientemente alta como para garantizar que el vehículo espacial capturado permanece agarrado mientras se desarrollan fuerzas/momentos en esa interfaz cuando el vehículo espacial de mantenimiento y el manipulador detienen el movimiento relativo del cliente. Esto supone un reto para los dispositivos de agarre de acción simple habituales que utilizan generalmente algún tipo de sistema de engranajes o transmisión en la acción de sujeción. En los sistemas espaciales, este sistema de engranajes es necesario porque se requieren dispositivos de accionamiento ligeros. Al aumentar el sistema de engranajes para compensar el bajo par del dispositivo de accionamiento, la penalización es una menor velocidad de cierre. Este compromiso de diseño en las pinzas robóticas de acción simple es una motivación principal para el dispositivo de captura de dos etapas dado a conocer.
En términos generales, el mecanismo de captura dado a conocer en el presente documento logra su propósito de capturar rápidamente un vehículo espacial objetivo dividiendo las dos acciones básicas implicadas en dos mecanismos separados. Un mecanismo realiza el agarre rápido del objetivo, mientras que el segundo mecanismo rigidiza ese agarre para garantizar que el objetivo se mantenga con la firmeza deseada. Para conseguir un agarre rápido, la acción de agarre es accionada mediante resortes y un mecanismo de sobrecentrado disparado mecánicamente por un émbolo o electrónicamente por sensores y un solenoide. Esto hace que dos juegos de mordazas, uno a cada lado del objeto que se quiere agarrar, se cierren rápidamente sobre el objeto objetivo. Las
mordazas se pueden configurar para que agarren suavemente, con firmeza o incluso para que no se cierren completamente sobre el objetivo. No obstante, es preferente que se cierren lo suficientemente fuerte como para que las protuberancias del objetivo no puedan escapar de las mordazas debido a cualquier posible movimiento del objetivo. Una vez que las mordazas se han cerrado mediante resortes, un segundo mecanismo hace retroceder las mordazas (y su mecanismo de cierre) hacia el cuerpo de la herramienta, tirando así del objetivo capturado sobre dos superficies de rigidización. El mecanismo sigue tirando hacia atrás hasta que se alcanza una precarga preestablecida, momento en el que se considera que el objetivo está adecuadamente rigidizado al mecanismo de captura.
Lista de piezas
Esta realización de la herramienta de mecanismo de captura está compuesta por las siguientes piezas:
1. cuerpo envolvente del mecanismo de captura
2. cuerpo envolvente del mecanismo de rigidización
3. montura del mecanismo de rigidización
4. émbolo disparador
5. mordaza simple
6. mordaza doble
7. soporte de rigidización (cantidad de 2)
8. soporte del motor (cantidad de 2)
9. motor
10. caja de cambios
11. manguito
12. árbol de accionamiento de rigidización
13. tuerca de accionamiento de rigidización
14. separador de la tuerca de accionamiento de rigidización
15. anillo de retención del separador de accionamiento de rigidización
16. montura del mecanismo
17. elemento de fijación de la montura del mecanismo
18. pasador de tope del mecanismo de captura (cantidad de 2)
19. pasador de retorno del mecanismo de captura (cantidad de 2)
20. resorte de retorno del mecanismo de captura (cantidad de 2)
21. leva del mecanismo de captura (cantidad de 2)
22. eslabón de accionamiento de leva (cantidad de 2)
23. pasador de accionamiento del émbolo
24. pasador de pivote de los eslabones de accionamiento de leva (cantidad de 2)
25. pasador de soporte del resorte de accionamiento de leva (cantidad de 2)
26. pasador de accionamiento de leva (cantidad de 2)
27. barra de tracción del émbolo
28. perno de la barra de tracción del émbolo (cantidad de 2)
29. tuerca de la barra de tracción del émbolo (cantidad de 2)
30. casquillo de precarga de rigidización
31. resorte de precarga de rigidización
32. arandela de precarga de rigidización
33. tornillo del resorte de precarga de rigidización
34. armazón del mecanismo de captura (cantidad de 2)
35. placa de acceso a los resortes de accionamiento de leva (cantidad de 2)
36. resorte de accionamiento de leva (cantidad de 2)
37. pasador de articulación de las mordazas (cantidad de 2)
38. anillo de tope de restablecimiento del émbolo
39. brida Marman objetivo
40. vehículo espacial objetivo
En primer lugar se describirá la estructura del mecanismo de captura y se hará referencia en concreto a una característica de la mayoría de los vehículos espaciales denominada brida Marman, pero se entenderá que el presente mecanismo de captura está configurado para capturar cualquier característica disponible en un vehículo espacial no necesariamente destinada a ser agarrada. Haciendo referencia a las figuras 1A, 1B, 2, 3 y 4, el mecanismo de captura mostrado en general con 100 incluye un cuerpo envolvente 1 del mecanismo de captura, un cuerpo envolvente 2 del mecanismo de rigidización y una montura 3 del mecanismo de rigidización. El mecanismo de captura 100 incluye una mordaza simple 5 en oposición a una mordaza doble 6, las cuales se muestran en la posición abierta. Dos soportes de rigidización 7 están situados en las proximidades de las mordazas 5 y 6 y proporcionan superficies exteriores 70 contra las que se apoya un soporte Marman 39 una vez capturado. En el otro extremo del cuerpo envolvente, opuesto a las mordazas 5 y 6, se encuentra una montura 16 del mecanismo de captura. Esta montura se utiliza para fijar el mecanismo de captura al extremo de un brazo manipulador. Situados delante de la montura 3 del mecanismo de rigidización hay dos pasadores de retorno 19 del mecanismo de captura
situados en lados opuestos entre sí del cuerpo envolvente 1. Asociado a cada uno de los pasadores de retorno 19 hay un resorte de retorno 20 del mecanismo de captura situado en receptáculos debajo de los pasadores 19. En la parte delantera del cuerpo envolvente 1 del mecanismo de captura hay dos pasadores de tope 18 del mecanismo de captura, cada uno situado delante de uno de los pasadores 19. En el cuerpo envolvente 2 del mecanismo de rigidización se encuentra situada una montura 72.
Las figuras 1A, 1B y 2 muestran el mecanismo de captura en la posición abierta y armada, listo para capturar un soporte Marman 39, mientras que las figuras 3 y 4 muestran el dispositivo de captura 100 cerrado después de capturar el soporte Marman 39. Haciendo referencia a continuación a las figuras 5 y 6, el mecanismo de captura 100 incluye dos soportes 8 de motor, un motor 9 montado en los soportes 8, una caja de cambios 10 acoplada al motor 9, un manguito 11 acoplado a la caja de cambios 10, un árbol de accionamiento de rigidización 12 acoplado al manguito 11, una tuerca de accionamiento de rigidización 13 que rodea el árbol de accionamiento 12, un separador 14 de la tuerca de accionamiento de rigidización y un anillo de retención 15 del separador de accionamiento de rigidización. El árbol de accionamiento de rigidización 12 oscila hacia delante y hacia atrás en el cuerpo envolvente 2 del mecanismo de rigidización y la tuerca de accionamiento de rigidización 13, el separador 14 de la tuerca de accionamiento de rigidización y el anillo 15 están situados en la montura 16 del mecanismo. Los elementos de fijación 17 de la montura del mecanismo fijan la montura 16 del mecanismo al cuerpo envolvente 2 del mecanismo de rigidización.
Haciendo referencia a las figuras 7 y 8, se muestran detalles de la estructura del mecanismo de captura. El mecanismo de captura incluye:
dos levas 21 del mecanismo de captura,
dos eslabones de accionamiento 22 de leva pasador de accionamiento 23 del émbolo
dos pasadores de pivote 24 de los eslabones de accionamiento de leva
dos pasadores de soporte 25 del resorte de accionamiento de leva
dos pasadores de accionamiento 26 de leva barra de tracción 27 del émbolo
dos pernos 28 de la barra de tracción del émbolo
dos tuercas 29 de la barra de tracción del émbolo
casquillo de precarga de rigidización 30
resorte de precarga de rigidización 31
arandela de precarga de rigidización 32
tornillo 33 del resorte de precarga de rigidización
dos armazones 34 del mecanismo de captura
dos placas de acceso 35 a los resortes de accionamiento de leva
dos resortes de accionamiento 36 de leva (sólo visibles en la figura 9)
dos pasadores de articulación 37 de las mordazas
anillo de tope 38 de restablecimiento del émbolo
Los dos armazones 34 del mecanismo de captura sirven para contener y soportar estructuralmente los principales componentes del mecanismo de captura 100 y se fijan entre sí como una unidad antes de ser insertados con el cuerpo envolvente 1 del mecanismo de captura. Dentro de los dos armazones 34, los dos eslabones de accionamiento 22 de leva están intercalados y retenidos dentro de una ranura 103 (véanse las figuras 8 y 9) en el émbolo disparador 4 mediante el pasador de accionamiento 23 del émbolo. El émbolo disparador 4 y los eslabones de accionamiento 22 de leva se sientan dentro de los armazones 34 con el émbolo 4 libre para oscilar hacia delante y hacia atrás y los dos eslabones de accionamiento 22 de leva pivotando alrededor de dos pasadores de pivote 26 de los eslabones de accionamiento de leva fijados dentro de los armazones 34. Los otros extremos de los dos eslabones de accionamiento 22 de leva están conectados por los pasadores de accionamiento 26 de leva a las dos levas 21 del mecanismo de captura. Las levas del mecanismo de captura se sientan dentro de las ranuras de guía 42 (figura 8) que forman parte de la superficie de los armazones 34. Las ranuras de los eslabones de accionamiento 22 de leva permiten que las levas 21 del mecanismo de captura se deslicen hacia delante y hacia atrás cuando los eslabones de accionamiento 22 de leva rotan en torno a los pasadores de pivote 26 de los eslabones de accionamiento de leva. En cada eslabón de accionamiento 22 de leva está introducido un pasador de soporte 25 del resorte de accionamiento de leva y estos actúan para sostener los dos resortes de accionamiento 36 de leva (uno de los cuales se muestra en la figura 9). Estos resortes de tensión 36 actúan sobre los eslabones de accionamiento 22 de leva y actúan de tal manera que acercan entre sí los pasadores de soporte 25 de accionamiento de leva. Esta fuerza del resorte crea un momento alrededor de los pasadores de pivote 26 de los eslabones de accionamiento de leva para hacer funcionar el mecanismo. Para facilitar el acceso a los dos resortes de accionamiento 36 de leva hay dos placas de acceso 35 a los resortes de accionamiento de leva, una para la parte superior y otra para la parte inferior del mecanismo.
Las levas 21 del mecanismo de captura están en contacto en el punto 41 con la mordaza simple 5 y la mordaza doble 6 a lo largo de una superficie de seguidor 43 específicamente concebida en las dos mordazas. A medida que las levas 21 del mecanismo de captura se mueven hacia delante y hacia atrás, las fuerzas ejercidas sobre las mordazas simple y doble 5 y 6 hacen que estas roten en torno a los pasadores de articulación 37 de las mordazas, que mantienen las mordazas 5 y 6 en el mecanismo de captura 100. La forma de la superficie combinada con el
contacto de las levas 21 del mecanismo de captura controla la apertura y el cierre de las dos mordazas 5 y 6. Las velocidades de movimiento de las mordazas, el grado de cierre y la ventaja mecánica de la acción de cierre de las mordazas se controlan variando la interacción entre la superficie de leva 41 y las superficies de seguidor 43 de las mordazas.
La barra de tracción 27 del émbolo se extiende a través de la ranura 44 del émbolo disparador 4 y está conectada a los soportes 8 del motor mediante un perno 28 y una tuerca 29 a cada lado. Hacia atrás de la barra de tracción 27 del émbolo se encuentran, por orden, el casquillo de precarga de rigidización 30, el resorte de precarga de rigidización 31 y la arandela de precarga de rigidización 32, todos ellos fijados al émbolo disparador 4 mediante el tornillo 33 del resorte de precarga de rigidización. El casquillo de precarga de rigidización 30, el resorte de precarga de rigidización 31, la arandela de precarga de rigidización 32 y el tornillo 33 del resorte de precarga de rigidización sirven para igualar las cargas impuestas por la barra de tracción 27 del émbolo sobre el émbolo disparador 4 durante la rigidización. Estas piezas también sirven para compensar cualesquiera variaciones en las dimensiones axiales de los componentes debido a un crecimiento térmico diferencial en caso de que la temperatura del mecanismo 100 cambie.
El anillo de tope 38 de restablecimiento del émbolo está instalado en una ranura del émbolo disparador 4, de tal manera que actúa como tope final del mecanismo cuando se está restableciendo. Cuando el anillo de tope 38 de restablecimiento del émbolo entra en contacto con la cara posterior de los armazones 34 del mecanismo de captura ensamblado, proporciona una señal a un sistema de control de que el mecanismo ha sido empujado hacia delante hasta dónde puede llegar. A continuación, el sistema de control ordena al motor 9 que impulse el émbolo disparador 4 hacia atrás una distancia predeterminada para crear el espacio libre operativo correcto delante de la barra de tracción 27 del émbolo dentro de la ranura 44, y el mecanismo de captura 100 se restablece y queda listo para capturar otra característica.
Haciendo referencia a las figuras 9, 10 y 11, y dado que los armazones del mecanismo de captura son libres de moverse de forma oscilante con el cuerpo envolvente del mecanismo de captura, los resortes de retorno 20 del mecanismo de captura actúan sobre los pasadores de retorno 19 del mecanismo de captura que están fijados a los dos armazones 34 del mecanismo de captura, para inclinar el mecanismo de agarre rápido del cuerpo envolvente 1 hacia la posición delantera, alineada y lista para la captura. Estos resortes 20 aseguran que el mecanismo se acciona en la secuencia correcta y que los armazones del mecanismo de captura permanecen en la posición axial correcta.
La figura 15 es un diagrama de bloques que muestra aquellos elementos relativos a la captura de un satélite cliente, además del mecanismo de captura 10o. Estos elementos incluyen el vehículo espacial de mantenimiento anfitrión 400, el satélite cliente 40 con el soporte 39 que se va a capturar, un brazo robótico 403, un efector terminal 411 acoplado al brazo robótico 403, al que el mecanismo de captura 100 está interconectado y que es agarrado, de forma liberable, por el efector terminal 411, y un sistema de comunicación 410 para proporcionar un enlace de radio bidireccional 407 con la Tierra 408 (o la estación espacial o el vehículo nodriza, cualquiera que sea la ubicación del control de teleoperación).
Además, el vehículo espacial de mantenimiento 400 incluye un sistema de control informático a bordo 500 (véase la figura 16) que puede estar interconectado con el mecanismo de captura 100, de modo que puede coordinar todos los componentes que intervienen en el proceso de captura, incluidos el sistema de visión 550, el brazo o brazos robóticos 403 (si se utiliza más de un mecanismo de captura 100). Este sistema de control también está interconectado con cualesquiera sensores utilizados para determinar la posición y el estado de carga de los mecanismos de captura o rigidización. Estos sensores pueden incluir sensores de contacto o sin contacto utilizados para disparar el mecanismo de agarre rápido (en lugar del émbolo) y sensores de posición para determinar el grado de cierre de los mecanismos utilizando medios continuos (codificadores o elementos de resolución) o de forma discreta (utilizando interruptores de límite). Con la presencia del sistema de control informático 500 interconectado con el mecanismo de captura 100, el proceso de captura puede ser controlado de forma autónoma por un supervisor de misión local o puede incluir algunos niveles de autonomía supervisada, de modo que, además de estar bajo teleoperación pura, puede haber una autonomía mixta de teleoperación/supervisada.
Haciendo referencia a continuación a las figuras 15 y 16, se muestra un sistema informático 500 de ejemplo que forma parte del sistema de reabastecimiento de propelente. El sistema incluye un sistema de control informático 525 configurado, y programado para controlar el movimiento del brazo robótico 403 durante todo el procedimiento de capturar la brida 39 en el satélite cliente 40.
El sistema de mando y control también está configurado para controlar el movimiento del brazo robótico 403 y el efector terminal 411 acoplado al mismo para controlar la acción del mecanismo de captura 100. Puede tratarse del mismo sistema de mando y control que está interconectado con el mecanismo de captura, por ejemplo, un ordenador montado en el satélite de mantenimiento que está programado con instrucciones para llevar a cabo todas las operaciones que tiene que realizar el satélite de mantenimiento durante la aproximación, la captura/el acoplamiento con el satélite cliente y las operaciones de repostaje. También puede ser un sistema informático independiente. El sistema de comunicación 410 está interconectado con el brazo robótico 403 y configurado para permitir la operación remota (desde la Tierra 408 o desde cualquier otra ubicación adecuada) del sistema de visión 550 (que puede incluir una o varias cámaras), el brazo robótico 403 y, por tanto, las herramientas. El sistema
de visión 550 puede incluir distintos marcadores montados en el mecanismo de captura 100.
En una forma, el sistema de visión 550 puede incluir una o varias cámaras de vídeo. Para mejorar la percepción de la profundidad, este se puede ampliar con un dispositivo de detección de la distancia, como un telémetro láser o un radar. Las cámaras del sistema de visión 550 se pueden utilizar en un modo de control telerrobótico en el que un operador que controla las acciones de mantenimiento desde la Tierra o desde alguna otra ubicación remota ve distintas vistas del lugar de trabajo en pantallas de visualización en la consola de mando y control. En un modo alternativo, la posición de los elementos del mecanismo de captura 100 o de la brida 39 puede determinarse mediante un sistema de cámara y visión estereoscópica que extrae puntos 3D y determina la posición y la orientación del mecanismo 100 u otras características relevantes de la brida 39, el satélite 401 o el mecanismo de captura 100, a partir de los cuales el brazo robótico 403 puede ser conducido a las ubicaciones deseadas según las coordenadas de 6 grados de libertad detectadas. Cabe señalar que el término posición en el contexto del posicionamiento del vehículo espacial de mantenimiento con respecto al vehículo espacial que se va a capturar incluye la orientación del objeto, así como el vector de traslación entre los dos objetos, es decir, la postura relativa global de la característica de captura en el vehículo espacial cliente con respecto al vehículo espacial de mantenimiento.
La cámara estereoscópica también se podría sustituir por un sistema lidar flash o de escaneo del que se podrían obtener las coordenadas de 6 grados de libertad deseadas mediante la toma de nubes de puntos en 3D y la estimación de la postura de los objetos deseados en base a modelos CAD almacenados de las características o formas deseadas en el lugar de trabajo de repostaje. Para aquellas aplicaciones en las que el vehículo espacial se diseñó con la intención de recibir mantenimiento, un objetivo sencillo, tal como el descrito por Ogilvie et al. (Ogilvie, A., Justin Allport, Michael Hannah, John Lymer, "Autonomous Satellite Servicing Using the Orbital Express Demonstration Manipulator System", Proc. of the 9th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (i-SAIRAs '08), Los Ángeles, California, del 25 al 29 de febrero de 2008) se podría utilizar en combinación con una cámara monocular en la robótica de mantenimiento para localizar elementos de interés. Por último, el brazo robótico o dispositivo utilizado para posicionar el mecanismo de captura 100 puede incluir uno o varios sensores capaces de medir las fuerzas de reacción entre la herramienta de captura y el soporte que está siendo capturado. Estas se pueden mostrar al operador para ayudarle en el control de la teleoperación o se pueden utilizar en un modo de control automático de adaptación de fuerzas y momentos, que ayuda a un teleoperador o se pueden utilizar en un modo de control autónomo supervisado.
Tal como se ha mencionado anteriormente, el sistema de control informático 525 está interconectado con el sistema de visión 550 y el brazo robótico 403. Está dispuesto el sistema de comunicación 410 proporcionado mencionado anteriormente que está interconectado con el brazo robótico 403 y configurado para permitir la operación remota (desde la Tierra 408 o desde cualquier otra ubicación adecuada) del sistema de visión 550 (el brazo robótico 403, el efector terminal 411 robótico y el mecanismo de captura 100). Un sistema de este tipo es muy ventajoso, especialmente para sistemas basados en el espacio que necesitan control remoto.
El efector terminal 411 posee su propio procesador integrado (al igual que el brazo robótico 403) y recibe órdenes del ordenador del vehículo espacial de mantenimiento. El efector terminal 411 también transmite energía y datos desde el ordenador central hasta el mecanismo de captura 100 en el caso en que haya sensores de cualquier tipo, medidores u otros dispositivos que requieran energía.
Algunos aspectos de la presente invención pueden realizarse, al menos en parte, en software. Es decir, las técnicas pueden llevarse a cabo en un sistema informático u otro sistema de procesamiento de datos en respuesta a su procesador, tal como un microprocesador, que ejecuta secuencias de instrucciones contenidas en una memoria, tal como ROM, RAM volátil, memoria no volátil, memoria caché, discos magnéticos y ópticos, o un dispositivo de almacenamiento remoto. Además, las instrucciones se pueden descargar a un dispositivo informático a través de una red de datos en forma de versión compilada y enlazada. Alternativamente, la lógica para llevar a cabo los procesos, tal como se ha analizado anteriormente, podría implementarse en medios informáticos y/o legibles por máquina adicionales, tales como componentes de hardware discretos como circuitos integrados a gran escala (LSI), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) o software inalterable, tal como memoria de sólo lectura programable borrable eléctricamente (EEPROM).
La figura 16 proporciona una implementación, no limitativa, a modo de ejemplo, del sistema de control informático 525, que forma parte del sistema de mando y control, que incluye uno o varios procesadores 530 (por ejemplo, CPU/microprocesador), un bus 502, una memoria 535, que puede incluir una memoria de acceso aleatorio (RaM) y/o una memoria de sólo lectura (ROM), uno o varios dispositivos de almacenamiento interno 540 (por ejemplo, una unidad de disco duro, una unidad de disco compacto o una memoria flash interna), una fuente de alimentación 545, una o varias interfaces de comunicación 410 y varios dispositivos de entrada/salida y/o interfaces 555.
Aunque en la figura 18 se muestra uno solo de cada componente, se puede incluir cualquier número de cada componente en el sistema de control informático 525. Por ejemplo, un ordenador suele contener varios medios de almacenamiento de datos diferentes. Además, aunque el bus 502 se representa como una única conexión entre todos los componentes, se apreciará que el bus 502 puede representar uno o varios circuitos, dispositivos o canales de comunicación que enlazan dos o más de los componentes. Por ejemplo, en los ordenadores personales, el
bus 502 a menudo incluye, o es una placa base.
En una realización, el sistema de control informático 525 puede ser, o incluir, un ordenador de propósito general o cualesquiera otros equivalentes de hardware configurados para operar en el espacio. El sistema de control informático 525 también puede implementarse como uno o varios dispositivos físicos que están acoplados al procesador 530 a través de uno o varios canales o interfaces de comunicación. Por ejemplo, el sistema de control informático 525 se puede implementar utilizando circuitos integrados de aplicación específica (ASIC). Alternativamente, el sistema de control informático 525 puede implementarse como una combinación de hardware y software, donde el software se carga en el procesador desde la memoria o a través de una conexión de red.
El sistema de control informático 525 puede estar programado con un conjunto de instrucciones que, cuando se ejecutan en el procesador, hacen que el sistema realice uno o varios procedimientos descritos en la presente invención. El sistema de control informático 525 puede incluir muchos más o menos componentes que los mostrados.
Aunque algunas realizaciones se han descrito en el contexto de ordenadores y sistemas informáticos en pleno funcionamiento, los expertos en la materia apreciarán que varias realizaciones son capaces de ser distribuidas como un producto de programa en una variedad de formas y son capaces de ser aplicadas independientemente del tipo concreto de máquina o medio legible por ordenador utilizado para efectuar realmente la distribución.
Un medio legible por ordenador puede utilizarse para almacenar software y datos que, cuando son ejecutados por un sistema de procesamiento de datos, hacen que el sistema realice diversos procedimientos. El software ejecutable y los datos se pueden almacenar en varios lugares, incluyendo, por ejemplo, memoria ROM, RAM volátil, memoria no volátil y/o memoria caché. Partes de este software y/o datos se pueden almacenar en cualquiera de estos dispositivos de almacenamiento. En general, un medio legible por máquina incluye cualquier mecanismo que proporciona (es decir, almacena y/o transmite) información en una forma accesible por una máquina (por ejemplo, un ordenador, un dispositivo de red, un asistente digital personal, una herramienta de fabricación, cualquier dispositivo con un conjunto de uno o varios procesadores, etc.). Los ejemplos de medios legibles por ordenador incluyen, de forma no limitativa, medios de tipo grabable y no grabable, tales como dispositivos de memoria volátil y no volátil, memoria de sólo lectura (ROM), memoria de acceso aleatorio (RAM), dispositivos de memoria flash, disquetes y otros discos extraíbles, medios de almacenamiento en disco magnético, medios de almacenamiento óptico (por ejemplo, discos compactos (CD), discos versátiles digitales (DVD), etc.), entre otros. Las instrucciones se pueden realizar en enlaces de comunicación digitales y analógicos para señales eléctricas, ópticas, acústicas u otras formas de señales propagadas, tales como ondas portadoras, señales infrarrojas, señales digitales y similares. El presente sistema también está configurado para un funcionamiento totalmente autónomo. Un sistema totalmente autónomo es un sistema que mide y responde a su entorno externo; la autonomía total se persigue a menudo en condiciones que requieren cambios muy sensibles en el estado del sistema a las condiciones externas o para condiciones que requieren una rápida toma de decisiones para controlar situaciones peligrosas. La implementación de la autonomía total suele ser costosa y a menudo no es capaz de manejar entornos imprevistos o muy inciertos. La autonomía supervisada, con operadores humanos capaces de iniciar estados autónomos en un sistema, proporciona las ventajas de un controlador local autónomo con capacidad de respuesta, con la flexibilidad proporcionada por los teleoperadores humanos.
A continuación se describirá el funcionamiento del mecanismo de captura haciendo referencia a la característica del vehículo espacial que se va a capturar, que es una brida Marman 39 (pero también se podría agarrar cualquier otra característica adecuada). El mecanismo 100 será maniobrado hasta su posición por encima de la brida Marman 39 objetivo mediante un brazo manipulador (no mostrado) de configuración adecuada o incluso maniobrando un vehículo espacial al esté fijado directamente que el mecanismo 100. El brazo o el vehículo espacial serán guiados por señales devueltas por un sistema de visión acoplado al mecanismo de captura o cerca del mismo, en respuesta a órdenes humanas dadas desde tierra, desde un vehículo espacial acoplado al brazo, de forma autónoma a través de un sistema de control informático conectado al brazo o al vehículo espacial, o en una combinación de control humano y por ordenador.
Cuando el sistema de control ha determinado que la brida 39 objetivo está dentro de la envolvente de captura, se ordena al brazo o al vehículo espacial que mueva el mecanismo hacia delante hasta que se dispare el mecanismo. El mecanismo puede ser disparado electrónicamente a través de un sensor de contacto o sin contacto, o mecánicamente. En esta realización, el mecanismo se dispara mecánicamente.
Las figuras 1 y 3 muestran el mecanismo en la configuración armada. El mecanismo está en la posición "armada" o "listo para capturar" cuando las levas 21 del mecanismo de captura se mantienen en la posición hacia atrás mediante dos resortes de accionamiento 36 de leva (también vistos sólo en la figura 9) que están fijados a los dos eslabones de accionamiento 22 de leva (vistos sólo en la figura 9). Estos resortes mantienen el émbolo disparador 4 empujado hacia delante y mantienen las levas 21 del mecanismo de captura retraídas hacia atrás dentro de la herramienta. Esto obliga a las dos mordazas 5 y 6 a la posición abierta. El mecanismo se dispara cuando el émbolo disparador 4 es forzado a retroceder dentro de la herramienta por las fuerzas de contacto que se producen cuando
el mecanismo es forzado a la brida 39 objetivo, tal como se muestra en la figura 5. A medida que el émbolo disparador 4 se mueve hacia atrás dentro del mecanismo, el pasador de accionamiento 23 del émbolo acoplado (mostrado en la figura 7) obliga a los dos eslabones de accionamiento 22 de leva a rotar en torno a los pasadores de pivote 24 de los eslabones de accionamiento de leva. Este movimiento es resistido por los resortes de accionamiento 36 de leva hasta un punto en el que los eslabones de accionamiento 22 de leva pasan por encima del centro. En ese momento, los resortes de accionamiento 36 de leva intentan acercar los pasadores de soporte 25 de los resortes de accionamiento de leva, haciendo que los eslabones de accionamiento 22 de leva roten en torno a los pasadores de pivote 24 de los eslabones de accionamiento de leva.
A medida que los eslabones de accionamiento 22 de leva rotan, empujan las levas 21 del mecanismo de captura hacia delante dentro de las ranuras 42 de la leva. Las superficies de seguidor 41 de leva sobre las levas del mecanismo de captura empujan la superficie de contacto 43 de leva en las mordazas simple y doble 5 y 6 y esto fuerza a las mordazas a juntarse, atrapando la brida 39 objetivo. Al mismo tiempo, el émbolo disparador es forzado hacia atrás por los resortes de accionamiento de leva. Los sensores pueden ser colocados dentro del cuerpo del mecanismo para detectar cuándo el émbolo disparador 4 se ha desplazado para proporcionar una indicación al sistema de control de que el mecanismo se ha disparado. Una ranura 44 en el émbolo disparador permite que el émbolo se mueva alrededor de la barra de tracción 27 del émbolo fija.
La figura 2 muestra el mecanismo en la configuración cerrada, pero no rigidizada. La brida objetivo se considera "capturada suavemente". Una vez conseguida la captura suave, el mecanismo tiene que ser rigidizado para conseguir la interfaz estructural completa con el vehículo espacial 40 objetivo. En esta realización, el dispositivo de accionamiento que rigidiza el mecanismo es un motor contenido en la herramienta, pero ese dispositivo de accionamiento podría ser cualquier otro tipo de accionamiento mecánico, ya sean resortes, un generador de gas, un dispositivo de accionamiento de parafina, un solenoide o incluso un motor en una ubicación remota conectado por un tren motriz de algún tipo.
Para rigidizar el mecanismo después de la captura suave, el sistema de control ordena el giro del motor 9 que, a través de la caja de cambios 10 y el manguito 11, hace girar el árbol de accionamiento de rigidización 12. El árbol de accionamiento de rigidización 12 gira dentro de la tuerca de accionamiento de rigidización 13 que, a continuación, atrae el motor 9 y sus soportes 8 de motor más hacia atrás en el cuerpo envolvente 3 del mecanismo de rigidización. El cuerpo envolvente 3 del mecanismo de rigidización está conectado a la barra de tracción 27 del émbolo y tira hacia atrás de la barra de tracción a medida que se mueve. La barra de tracción 27 del émbolo se mueve dentro de la ranura 44 del émbolo disparador 4. El motor 9 tira de la barra de tracción hacia atrás hasta que esta entra en contacto con el casquillo de precarga de rigidización 30, que está conectado a través del resorte de precarga de rigidización 31, la arandela de precarga de rigidización 32 y el tornillo 33 del resorte de precarga de rigidización al émbolo disparador 4. El resorte de precarga de rigidización garantiza que no se ejerzan fuerzas de tracción excesivas sobre los componentes de rigidización.
Los dos armazones 34 del mecanismo de captura conectados son libres de moverse dentro del cuerpo envolvente 1 del mecanismo de captura. A medida que el motor tira hacia atrás del émbolo disparador, este aplica un mayor par de torsión a los dos eslabones de accionamiento 22 de leva, forzando las levas 21 del mecanismo de captura aún más hacia delante, que agarra la brida Marman 39 de forma aún más segura y la centra dentro de las mordazas. Una vez que las levas están lo más hacia delante posible (limitadas por la flexibilidad de las mordazas, el ángulo de cuña que forman las mordazas cerradas y la fuerza de avance sobre las levas) el dispositivo de accionamiento de rigidización comienza a tirar de todo el mecanismo de captura (mordazas, armazones y levas) y de la brida Marman 39 capturada hacia atrás a través del émbolo disparador 4. El motor continúa tirando de la brida Marman hacia atrás hasta que la superficie de la brida Marman entra en contacto con la cara frontal de los dos soportes de rigidización 7. Una vez producido el contacto, el motor 9 continúa tirando hacia atrás del mecanismo de agarre rápido en el cuerpo envolvente 1 hasta que el sistema de control detecta, en este caso, a través de la detección de corriente y el recuento del número de vueltas del árbol de transmisión, que la brida Marman 39 ha sido atraída contra los soportes de rigidización 7 con la magnitud de fuerza especificada. Ahora se considera que el mecanismo está totalmente rigidizado, con el soporte Marman 39 y el vehículo espacial 40 rigidizados contra los soportes 7.
Para restablecer el mecanismo, se invierte el motor 9 y la barra de tracción 27 se mueve hacia delante en la ranura 44 hasta que entra en contacto con la parte delantera de la ranura y comienza a empujar el émbolo disparador hacia delante. A medida que se retira la carga de los armazones 34 del mecanismo de captura, los dos resortes de retorno 20 del mecanismo de captura mueven todo el mecanismo de agarre rápido del cuerpo envolvente 1 hacia delante y la brida Marman 39 sale de los soportes de rigidización 7, aunque sigue estando capturada por las mordazas 5 y 6 en sus posiciones totalmente cerradas. El mecanismo de agarre rápido contenido en el cuerpo envolvente 1 continúa avanzando hasta que los armazones 34 del mecanismo de captura entran en contacto con los pasadores de tope 18 del mecanismo de captura, que impiden que el mecanismo de agarre rápido siga avanzando. El motor 9 continúa impulsando el émbolo disparador 4 hacia delante y esto hace que el pasador de accionamiento 23 del émbolo provoque que los eslabones de accionamiento 22 de leva roten y tiren hacia atrás de las dos levas 21 del mecanismo de captura. A medida que las levas 21 del mecanismo de captura se mueven hacia atrás, primero se reduce la carga sobre la brida Marman 39 y, hacia el final del recorrido de la leva, la forma de las superficies de seguidor 43 de leva hace que las mordazas se abran y el mecanismo se desacople completamente de
la brida Marman 39. Con los armazones 34 del mecanismo de captura totalmente hacia delante, el motor 9 continúa accionando el émbolo disparador 4 hacia delante hasta que el anillo de tope 38 de restablecimiento del émbolo entra en contacto con la cara posterior de los armazones 34 del mecanismo de captura. En este momento, los eslabones de accionamiento de leva se han desplazado hacia atrás sobre el centro y están amartillados y listos para ser activados de nuevo. El aumento de la corriente del motor cuando este se detiene indica al sistema de control que el mecanismo está en el punto de restablecimiento. El motor se detiene y entonces se ordena tirar hacia atrás del émbolo disparador una magnitud predeterminada hasta un punto en el que, cuando el émbolo se dispara y se mueve rápidamente hacia atrás, la ranura 44 no golpeará la cara frontal de la barra de tracción 27. El mecanismo está ahora completamente restablecido y listo para capturar otra brida objetivo.
Por lo tanto, el presente mecanismo de captura de vehículos espaciales sirve para capturar una guía y/o una característica de brida en un vehículo espacial en vuelo libre. El mecanismo incluye un mecanismo de captura que incluye una herramienta de agarre en dos etapas. La herramienta de agarre incluye un mecanismo de agarre rápido montado para su desplazamiento en el cuerpo envolvente 1, que está configurado para sujetar la característica cuando la característica está muy cerca, y dispara el mecanismo de agarre rápido para capturar suavemente la característica (mostrada como brida Marman 39 en las figuras). El mecanismo de agarre rápido incluye las mordazas 5 y 6, y el mecanismo de leva asociado situado en el cuerpo envolvente 1. El mecanismo de captura incluye un mecanismo de rigidización situado en el cuerpo envolvente 2, configurado para atraer el mecanismo de agarre rápido y la característica capturada suavemente hacia el cuerpo envolvente 1 hasta que la característica haga tope contra una superficie de rigidización situada en el primer cuerpo envolvente para rigidizar la característica y el vehículo espacial contra el cuerpo envolvente 1. Tal como se muestra en las figuras 1 a 8, el mecanismo de rigidización incluye un mecanismo de tracción conectado al émbolo 4 alargado, configurado para retraer aún más el émbolo 4 alargado y las mordazas de sujeción 5 y 6 hacia la sección del primer cuerpo envolvente 1, estando configurados la sección 1 del primer cuerpo envolvente y el mecanismo de leva de manera que, a medida que las mordazas de sujeción 5 y 6 son retiradas hacia la sección 1 del primer cuerpo envolvente, las partes de leva que acoplan con las mordazas de sujeción 5 y 6 son forzadas a acercarse más entre sí. El mecanismo de tracción está configurado para tirar aún más del mecanismo de sujeción hacia el interior del primer cuerpo envolvente 1 hasta que una parte del soporte haga tope con los soportes de rigidización 7 para así rigidizar el vehículo espacial capturado con el mecanismo de captura.
Una realización no limitativa del mecanismo de tracción incluye el motor 9, la caja de cambios 10 y el manguito 11. El motor 9 está acoplado al émbolo disparador 4 mediante los soportes 8 del motor que están acoplados a través de la barra de tracción 27 del émbolo al émbolo disparador 4 y al cuerpo envolvente 2 del mecanismo de rigidización a través del árbol de accionamiento de rigidización 12 y la tuerca de accionamiento de rigidización 13.
Mecanismo de captura de acción más rápida
Otra realización aumenta la velocidad de captura del dispositivo añadiendo un mecanismo adicional. Este tercer mecanismo sostiene el mecanismo de captura mostrado en la figura 1 y lo acopla con un resorte y, si es necesario por la consideración de la dinámica del vehículo espacial, también lo acopla con una masa de retroceso para limitar las fuerzas de reacción en el vehículo espacial anfitrión cuando el mecanismo se activa. El dispositivo está compuesto por los siguientes componentes mostrados en las figuras 12, 13 y 14:
45. conjunto de mecanismo de captura similar al mostrado en la figura 1
46. cuerpo envolvente principal
47. cojinete lineal (se necesitan 2)
48. carro de soporte del mecanismo de captura
49. dispositivo de accionamiento de restablecimiento
50. carrete de cable de restablecimiento (se necesitan 2)
51. cable de restablecimiento (se necesitan 2)
52. tensor del cable de restablecimiento (se necesitan 2)
53. masa de retroceso
54. amortiguador de retroceso
55. resorte de oscilación
56. carro de soporte de la masa de retroceso
57. brazo de liberación de la masa de retroceso
58. dispositivo de accionamiento de liberación del mecanismo
59. brazo de liberación del mecanismo de captura
La figura 12 muestra el dispositivo armado y listo para ser activado. Al igual que en la realización anterior, esta versión se debe colocar en una posición en la que el vehículo espacial 40 objetivo y su brida Marman 39 estén dentro de la envolvente de captura del mecanismo, mediante un brazo o mediante el sistema de control del vehículo espacial anfitrión/de mantenimiento. Una vez más, esto puede conseguirse mediante un control directo en tierra, un control informático autónomo a bordo o una combinación ventajosa de ambos. Una vez que la brida Marman 39 objetivo está dentro de la envolvente del dispositivo, el sistema de control ordena al accionador 58 de liberación del mecanismo que libere simultáneamente el conjunto 45 de mecanismo de captura y la masa de retroceso 53. El
mecanismo de captura es empujado hacia delante una distancia prescrita y la masa de retroceso 53 es empujada hacia atrás al mismo tiempo. El conjunto de mecanismo de captura está soportado por el carro de soporte 48 del mecanismo de captura y la masa de retroceso 53 está soportada por el carro de soporte 56 de la masa de retroceso. Ambos carros de soporte se desplazan sobre un conjunto de rodamientos lineales 47 alineados que guían el movimiento axial de los dos subconjuntos y conectan los carros de soporte al cuerpo envolvente principal 46.
Cuando el conjunto de mecanismo de captura alcanza aproximadamente el final de su recorrido, y si los cálculos en relación a la posición futura de la brida objetivo eran correctos cuando se disparó el dispositivo, entonces el émbolo disparador 4 del conjunto 45 de mecanismo de captura golpeará la superficie de la brida 39 objetivo e iniciará la secuencia de captura descrita anteriormente. Al mismo tiempo, la masa de retroceso 53 ha llegado al final de su recorrido y para proporcionar una protección final contra el impacto (que puede ser perjudicial para los componentes delicados del vehículo espacial) entra en contacto con el amortiguador de retroceso 54, que absorbe casi todas las fuerzas de desaceleración restantes y hace que la masa de retroceso 53 se detenga. Una serie de frenos unidireccionales (no mostrados) en el carro de soporte 56 de la masa de retroceso ayudan a evitar que la masa de retroceso 53 rebote hacia los cojinetes lineales 47 de forma incontrolada. Estos frenos pueden ser del tipo de deslizamiento limitado, lo que permitiría que la masa de retroceso 53 retroceda lentamente hacia la posición de restablecimiento, o pueden ser frenos rígidos que permitan controlar individualmente las acciones de los distintos elementos. Un conjunto similar de frenos en el carro de soporte 48 del mecanismo de captura impide su rebote incontrolado cuando alcanza el final de su recorrido. Si se requiere limitar los impactos de desaceleración del conjunto 45 de mecanismo de captura, se puede colocar un amortiguador similar al amortiguador de retroceso 54 en la trayectoria del conjunto 45 de mecanismo de captura.
Con la zona objetivo de la brida Marman 39 capturada en las mordazas 5 y 6 del conjunto 45 de mecanismo de captura, el carro de soporte 48 del mecanismo de captura se fija a los cojinetes lineales 47 y el conjunto 45 de mecanismo de captura rigidiza su agarre de la brida 39 objetivo, tal como se ha descrito anteriormente para el mecanismo básico. Una vez que la brida Marman 39 objetivo (o cualquier otra característica que se pueda agarrar en el satélite cliente) se mantiene rígidamente en el agarre del mecanismo, se puede tirar hacia atrás del conjunto 45 de mecanismo de captura hacia el interior del cuerpo envolvente 46 del dispositivo.
El restablecimiento del dispositivo se consigue accionando el dispositivo de accionamiento de restablecimiento 49, que, en este caso, es una caja de cambios del motor, pero que también podría ser un mecanismo de relojería, un dispositivo de accionamiento de aleación con memoria de forma, un dispositivo de accionamiento de parafina o cualesquiera otros dispositivos de accionamiento aceptables que sirvan para atraer el conjunto 45 de mecanismo de captura y el conjunto 53 de la masa de retroceso hacia atrás a su posición inicial. En este caso, el dispositivo de accionamiento de restablecimiento 49 hace girar dos carretes de cable de restablecimiento 50 que atraen los dos cables de restablecimiento 51 que están fijados a los dos carros de soporte 48 y 56. Una vez que el carro de soporte 48 del mecanismo de captura y el carro de soporte 56 de la masa de retroceso alcanzan el punto en el que el resorte de oscilación 55 ha alcanzado la magnitud correcta de compresión necesaria para activar el dispositivo para el siguiente intento de captura, los dos carros de soporte 48 y 56 se fijan a los cojinetes lineales 47 y los brazos 59 de liberación del mecanismo de captura vuelven a acoplarse conectando el dispositivo de accionamiento de liberación 58 del mecanismo a los dos carros de soporte 48 y 56.
Como una última etapa, la rotación de los carretes de restablecimiento 50 se desacopla del dispositivo de accionamiento de restablecimiento 49 mediante un embrague o freno liberado (no mostrado), de modo que los carretes de restablecimiento 50 puedan soltar rápidamente el cable la próxima vez que se inicie la captura. El mecanismo 50 de captura está ahora restablecido y listo para realizar otra operación de captura. Las mordazas 5 y 6 del mecanismo de captura se pueden abrir independientemente de la acción de captura para que el satélite 40 objetivo pueda ser liberado sin iniciar la acción oscilante.
Puede haber consideraciones operativas que requieran que el satélite objetivo se mantenga sin rigidizar mientras el conjunto de mecanismo de captura y esta secuencia de eventos puede ser soportada por el dispositivo simplemente cambiando la secuencia en la que se hace actuar los dispositivos de accionamiento. Del mismo modo, al dejar el dispositivo de accionamiento de restablecimiento 46 acoplado a los carretes de restablecimiento 50, este se puede utilizar para soltar lentamente el conjunto 45 de mecanismo de captura en contraposición a la acción de captura rápida, si esto fuera ventajoso.
Controlando de las distintas masas y cualesquiera fuerzas de frenado o arrastre aplicadas por los dos carros de soporte 48 y 56 para mover hacia abajo los cojinetes lineales 47, las velocidades y aceleraciones del mecanismo 45 pueden ajustarse con precisión. En una realización en la que se incluyen dispositivos de accionamiento en los carros de soporte 48 y 56, este ajuste fino puede tener lugar durante el evento de captura permitiendo un nivel significativo de control sobre el evento de captura.
Las realizaciones específicas descritas anteriormente se han mostrado a modo de ejemplo, y debe comprenderse que estas realizaciones pueden ser susceptibles de diversas modificaciones.
Claims (5)
1. Procedimiento para capturar una característica (39) en un vehículo espacial (40) cliente en vuelo libre, que comprende:
maniobrar un mecanismo de captura (100) montado en un vehículo espacial de mantenimiento (400) aproximándolo a la característica en el vehículo espacial (40) cliente en vuelo libre, incluyendo el mecanismo de captura (100) un mecanismo de agarre rápido situado en un cuerpo envolvente (1) y un mecanismo de rigidización;
accionar mordazas de agarre opuestas (5, 6) de dicho mecanismo de agarre rápido para que se cierren por medio de un resorte cuando la característica (39) esté dentro de la distancia en la que puede ser agarrada por las mordazas de agarre opuestas (5, 6), cerrándose las mordazas de agarre opuestas (5, 6) por medio de un resorte de forma rápida y suficiente, de manera que la característica (39) no pueda escapar de dichas mordazas de agarre opuestas (5, 6), consiguiéndose así una captura suave de la característica (39); y
tras la captura suave de la característica (39), accionar dicho mecanismo de rigidización, independiente del mecanismo de agarre rápido, estando configurado dicho mecanismo de rigidización para, una vez finalizada la captura suave de la característica (39), atraer el mecanismo de agarre rápido y la característica (39) capturada suavemente hacia dicho cuerpo envolvente (1) hasta que dicha característica (39) capturada suavemente hace tope contra una superficie de rigidización (70) conectada a dicho cuerpo envolvente (1) para rigidizar la característica (39) capturada y el vehículo espacial (40) cliente en vuelo libre en relación con dicho cuerpo envolvente (1).
2. Procedimiento, según la reivindicación 1, en el que el mecanismo de captura (100) está configurado para estar acoplado a un mecanismo de posicionamiento, estando configurado dicho mecanismo de posicionamiento para posicionar el mecanismo de captura (100) en estrecha proximidad a la característica que va a ser capturada suavemente por las mordazas de agarre (5, 6) e incluyendo un sistema de detección para determinar la posición relativa del mecanismo de captura y de la característica, incluyendo un sistema de control informático conectado a dicho sistema de detección y a dicho mecanismo de posicionamiento, y donde el procedimiento comprende un operador remoto que se comunica con el sistema de control informático para un control remoto por teleoperador, un control autónomo supervisado o un control totalmente autónomo de las operaciones de captura entre el vehículo espacial de mantenimiento (400) y el satélite cliente (40) en vuelo libre.
3. Procedimiento para la captura remota, de forma liberable, de una característica (39) montada en un satélite cliente (40), que comprende:
a) lanzar un vehículo espacial de mantenimiento (400) a una órbita para acercarlo mucho al satélite cliente (40) al que hay que realizar mantenimiento, comprendiendo el vehículo espacial de mantenimiento (400) sistemas de propulsión, guiado y telemetría,
el mecanismo de captura (100), según la reivindicación 1;
un sistema de visión configurado para tener un campo de visión que contenga una parte del satélite cliente (40) que se está capturando de forma liberable,
un sistema de control informático interconectado con el mecanismo de captura (100) y programado con instrucciones de modo que pueda coordinar todos los componentes que intervienen en el proceso de captura, y un sistema de comunicación configurado para permitir la operación remota de dicho sistema de visión, y dicho mecanismo de captura (100); y
b) maniobrar el satélite de mantenimiento (400) hasta su posición en estrecha proximidad con el satélite cliente, y desplegar el mecanismo de captura (100) y capturar, de forma liberable, la característica (39) en el satélite cliente (40);
c) en el que dicho sistema de comunicación está configurado para comunicarse con dicho sistema de control informático para el control remoto por teleoperación o una mezcla de control por teleoperador y control autónomo supervisado de una aproximación del satélite de mantenimiento (400) al satélite cliente (40) y la captura del mismo,.
4. Sistema de captura de satélite montado en un vehículo espacial de mantenimiento (400) para capturar y liberar un satélite cliente (40), que comprende:
a) un mecanismo de captura (100) de satélite montado en el vehículo espacial de mantenimiento (400) y configurado para capturar, de forma liberable, una característica (39) montada en el satélite cliente (40), incluyendo el mecanismo de captura (100) de satélite
i) un mecanismo de agarre rápido que tiene mordazas de agarre opuestas (5, 6) y configuradas para cerrarse por resorte, estando montado dicho mecanismo de agarre rápido para su movimiento en un cuerpo envolvente (1), estando configurado dicho mecanismo de agarre rápido para agarrar dicha característica (39) cuando dicha característica (39) está dentro de la distancia en la que puede ser agarrada por las mordazas de agarre opuestas (5, 6), donde dichas mordazas de agarre (5, 6) se cierran rápidamente y de forma suficiente mediante resorte para que la característica (39) no pueda escapar de dichas mordazas de agarre (5, 6), consiguiéndose así una captura suave de la característica (39); y
ii) un mecanismo de rigidización, accionado independientemente de dicho mecanismo de agarre rápido y configurado para, una vez finalizada la captura suave de la característica, atraer el mecanismo de agarre rápido y la característica capturada suavemente hacia dicho cuerpo envolvente (1) hasta que dicha característica (39) capturada suavemente haga tope contra una superficie de rigidización (70) conectada a dicho cuerpo envolvente (1) para rigidizar la característica (39) capturada suavemente y el vehículo espacial (40) cliente en relación con dicho cuerpo envolvente (1);
b) un sistema de mando y control interconectado con dicho mecanismo de captura (100) de satélite, estando configurado dicho sistema de mando y control para controlar el despliegue de dicho mecanismo de captura (100) de satélite para la captura de la característica (39) en el satélite cliente (40), y la posterior liberación del satélite cliente (40); y
c) un sistema de comunicación configurado para proporcionar comunicación entre dicho sistema de mando y control y un operador remoto para control remoto por teleoperador, o una mezcla de control por teleoperador y control autónomo supervisado, o un control totalmente autónomo de las operaciones de captura y liberación entre el vehículo espacial de mantenimiento (400) y el satélite cliente (40).
5. Sistema de captura de satélite, según la reivindicación 4, en el que dicho sistema de mando y control incluye un sistema de control informático montado en el vehículo espacial de mantenimiento (400) interconectado con dicho mecanismo de captura (100) de satélite, estando dicho sistema de control informático configurado, y programado con instrucciones, para el control de las operaciones de captura y liberación entre el vehículo espacial de mantenimiento (400) y el satélite cliente (40).
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