CN101327850A - 欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置 - Google Patents

Abstract

欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置，它涉及一种对接捕获装置。本发明解决了现有非合作目标对接机构存在在对接时易与卫星喷管发生碰撞，从而造成对接可靠性差的问题。欠驱动机械臂电机(18)设置在提升机构上的丝杆螺母板(2)的上端面上，欠驱动机械臂电机(18)的输出轴与滚珠丝杆(23)连接，螺母(21)套装在滚珠丝杆(23)上，机械臂驱动板(17)固装在螺母(21)上，三个机械臂均布安装在机械臂安装平台(4)上，所述三个第一耦合连杆(27)的另一端分别与机械臂驱动板(17)转动连接；伞状缓冲机构位于机械臂安装平台(4)的上方且与机械臂安装平台(4)柔性连接。本发明具有对接可靠性高、捕获包络范围宽、驱动元件少、控制简单、捕获迅速等优点。

Description

欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置

技术领域

本发明涉及一种对接捕获装置，具体涉及一种针对空间的非合作目标卫星的对接捕获装置。

背景技术

非合作目标对接技术不同于以往的对接技术，它的对接目标是没有安装对接接口的卫星。因此一般选择卫星的远地点反冲发动机(AKM)喷管作为对接接口。以针对远地点反冲发动机为对接接口的现有非合作目标对接机构如图5所示，包括张紧销116，对接杆117，电机118，传感器119，对接机构外壳120。该对接机构的工作原理为：安装在对接杆117上的张紧销116在电机118的驱动下，向AKM喷管喉部靠拢，当传感器119检测插入AKM喷管喉部后，传感器119发出信号，驱动张紧销116撑开，从而与目标对接。该对接机构的主要缺点是：在张紧销116进入喉部前，对接机构易与喷管发生碰撞，导致使目标卫星飞离对接位置，从而造成整个对接失败。因此它对运动控制精度要求极高，且需要有灵敏的传感器以及精确的喷管姿态识别技术，该对接机构的上述缺点，致使它在现有的交会测量及轨控技术前提下，成功率不可能太高。

发明内容

本发明为了解决现有非合作目标对接机构存在在对接时易与卫星喷管发生碰撞，致使目标卫星飞离对接位置，从而造成对接可靠性差，而且现有非合作目标对接机构对自身运动控制精度要求极高的问题，进而提供了一种欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置由提升机构、前驱动捕获机构和伞状缓冲机构组成；所述前驱动捕获机构包括欠驱动机械臂电机、滚珠丝杆、螺母、机械臂驱动板、机械臂安装平台、三个机械臂，所述三个机械臂均由末端执行器、末端缓冲装置、上臂、下臂、第三耦合连杆、第二耦合连杆和第一耦合连杆组成；所述伞状缓冲机构由目标对接平台、喷管承载板、导向柱、导向滑块、三～六个缓冲连接杆、三～六个缓冲杆和顶锥台组成；欠驱动机械臂电机设置在提升机构上的丝杆螺母板的上端面上，欠驱动机械臂电机的输出轴与滚珠丝杆连接，螺母套装在滚珠丝杆上，机械臂驱动板固装在螺母上，所述机械臂安装平台上的边缘均布设有三个豁口，三个机械臂均布安装在机械臂安装平台上的三个豁口处，所述三个第二耦合连杆的中部分别与豁口处设有的连接件转动连接，末端执行器设置在末端缓冲装置上，末端缓冲装置安装在上臂的上端，上臂的下端与下臂的上端连接，第三耦合连杆的一端与下臂连接，第三耦合连杆的另一端与第二耦合连杆的一端连接，第二耦合连杆的另一端与第一耦合连杆的一端连接，所述三个第一耦合连杆的另一端分别与机械臂驱动板转动连接；伞状缓冲机构位于机械臂安装平台的上方且与机械臂安装平台柔性连接，所述导向柱的下端与目标对接平台的上端面通过喷管承载板柔性连接，顶锥台设置在导向柱的上端，导向滑块套装在导向柱上，所述三～六个缓冲杆均布位于顶锥台的下方，三～六个缓冲杆的一端与顶锥台转动连接，所述三～六个缓冲连接杆的一端与导向滑块转动连接，三～六个缓冲连接杆的另一端与对应位置的三～六个缓冲杆分别转动连接，所述三～六个缓冲杆的数量与三～六个缓冲连接杆的数量一致。

本发明具有以下有益效果：

本发明具有对接可靠性高、捕获包络范围宽、驱动元件少、控制简单、捕获迅速的优点，而且对交会测量及运动控制精度要求低，能与多种型号卫星进行对接，对接初始条件要求较低。此外，本发明所述的对接捕获装置仅采用两个电机驱动，控制简单，因此使得在与目标对接过程中，对接的可靠性大为提高。本发明是针对空间非合作目标卫星的对接捕获装置，主要用于解决空间交会对接(RVD)技术领域中的对接捕获问题，在现有对接交会技术及测量技术的前提下，能包络捕获卫星喷管，安全可靠的对接捕获卫星。

本发明采用建立封闭区域包络卫星喷管来实现对接，可以保证对接捕获机构与喷管接触前，确定对接位置，而且不会在为稳定捕获之前，因为冲击碰撞而致使目标脱离捕获；此外，由于采用了三个(欠驱动)机械臂的前驱动捕获机构，因此仅采用一个电机通过丝杆和连杆耦合来驱动三个机械臂，通过欠驱动机械臂的被动柔顺的形状自适应来包络捕获卫星喷管，具有驱动元件少，控制可靠的特点；所设计的(伞状缓冲机构)伞状缓冲对心装置能缓冲径向和轴向的冲击，伞状缓冲机构的外形结构与卫星喷管的锥形内腔相配合，具有一定的对心导向作用，因此最终喷管自动与对接机构对心；而且本发明的对接机构可以在与喷管存在角度偏差和径向偏差时，安全可靠对接；本发明对运动精度要求不高；整个对接捕获机构仅采用两个电机驱动，因此结构简单、控制容易、性能稳定、对接捕获可靠。

附图说明

图1是本发明的立体图，图2是本发明所述前驱动捕获机构的立体图(为便于表达，没有画出欠驱动机械臂电机)，图3是本发明所述的伞状缓冲机构立体图，图4是提升机构的主视图(为便于表达，没有画出三个提升机构导向柱)，图5是现有技术中的非合作目标对接机构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～3所示，本实施方式所述的欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置由提升机构、前驱动捕获机构和伞状缓冲机构组成；所述前驱动捕获机构包括欠驱动机械臂电机18、滚珠丝杆23、螺母21、机械臂驱动板17、机械臂安装平台4、三个机械臂，所述三个机械臂均由末端执行器12、末端缓冲装置6、上臂13、下臂14、第三耦合连杆15、第二耦合连杆16和第一耦合连杆27组成；所述伞状缓冲机构由目标对接平台5、喷管承载板26、导向柱7、导向滑块9、三～六个缓冲连接杆11、三～六个缓冲杆10和顶锥台8组成；欠驱动机械臂电机18设置在提升机构上的丝杆螺母板2的上端面上，欠驱动机械臂电机18的输出轴与滚珠丝杆23连接，螺母21套装在滚珠丝杆23上，机械臂驱动板17固装在螺母21上，所述机械臂安装平台4上的边缘均布设有三个豁口4-1，三个机械臂均布安装在机械臂安装平台4上的三个豁口4-1处，所述三个第二耦合连杆16的中部分别与豁口4-1处设有的连接件4-2转动连接，末端执行器12设置在末端缓冲装置6上，末端缓冲装置6安装在上臂13的上端，上臂13的下端与下臂14的上端连接，第三耦合连杆15的一端与下臂14连接，第三耦合连杆15的另一端与第二耦合连杆16的一端连接，第二耦合连杆16的另一端与第一耦合连杆27的一端连接，所述三个第一耦合连杆27的另一端分别与机械臂驱动板17转动连接；伞状缓冲机构位于机械臂安装平台4的上方且与机械臂安装平台4柔性连接(通过弹簧阻尼器连接)，所述导向柱7的下端与目标对接平台5的上端面通过喷管承载板26柔性连接，顶锥台8设置在导向柱7的上端，导向滑块9套装在导向柱7上，所述三～六个缓冲杆10均布位于顶锥台8的下方，三～六个缓冲杆10的一端与顶锥台8转动连接，所述三～六个缓冲连接杆11的一端与导向滑块9转动连接，三～六个缓冲连接杆11的另一端与对应位置的三～六个缓冲杆10分别转动连接，所述三～六个缓冲杆10的数量与三～六个缓冲连接杆11的数量一致。

前驱动捕获机构的欠驱动机械臂电机18驱动滚珠丝杆23，从而使螺母21带动机械臂驱动板17做直线往复运动，机械臂驱动板17把运动通过第一耦合连杆27、第二耦合连杆16和第三耦合连杆15传递给上臂13，在上臂13、下臂14关节处扭簧和机械限制的作用下，下臂14和上臂13在未接触卫星喷管之前可以保持一体运动，但接触卫星喷管之后，下臂14相对上臂13可以转过一定角度，进而完成对卫星喷管不同对接初始条件下的包络适应，且最终完成对喷管的形状适应，捕获喷管，完成对接捕获。

伞状缓冲机构是对本发明所承受的径向冲击通过杆缓冲杆10和缓冲连接杆11传递到导向滑块9上，导向滑块9与喷管承载板26之间采用弹簧阻尼缓冲，而导向滑块9可以在导向柱7上往复滑动，此外喷管承载板26通过弹簧缓冲阻尼器连接在伞状缓冲机构上，因此所述伞状缓冲机构具有较好的缓冲性能，能把径向冲击转移到轴向；此外，该机构具有类似锥形的伞状结构外形，与目标喷管形状吻合，具有一定的对心导向作用。

具体实施方式二：如图2所示，本实施方式所述前驱动捕获机构还包括三个机械臂导向柱22，所述三个机械臂导向柱22的上端穿过机械臂驱动板17均布固装在机械臂安装平台4的下端面上。设置三个机械臂导向柱22，可起到导向作用，而且还可进一步保障三个机械臂的运动精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述提升机构由中心承载筒3、导向板19、三个提升机构导向柱1、电机20、提升机构丝杆24、丝杆螺母25和丝杆螺母板2组成；所述三个提升机构导向柱1分别穿过位于中心承载筒3内的导向板19均布在中心承载筒3内，三个提升机构导向柱1的两端分别固接在中心承载筒3的两端内壁上，提升机构丝杆24位于中心承载筒3内且穿过导向板19的中部，提升机构丝杆24的下端与电机20的输出轴连接，丝杆螺母25套装在提升机构丝杆24上，丝杆螺母25与丝杆螺母板2的下端面固接。本提升机构结构简单，易于控制。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理

本发明所述电机20和中心承载筒3均固装在追踪卫星装置上。电机20带动提升机构丝杆24转动，进而调整前驱动捕获机构、伞状缓冲机构与追踪卫星装置的相对位置；通过图像识别系统检测得到追踪卫星装置与卫星喷管之间相对位置参数以及卫星喷管的尺寸参数，通过这些参数信号驱动欠驱动机械臂电机18，欠驱动机械臂电机18带动滚珠丝杆23转动，滚珠丝杆23转动使其上的螺母21做直线运动，螺母21通过机械臂驱动板17使前驱动捕获机构的三个机械臂展开一定角度，形成能包络卫星喷管的包络空间，然后驱动电机20，电机20带动提升机构丝杆24转动，提升机构丝杆24使其上的丝杆螺母25做直线运动，进而带动丝杆螺母板2、机械臂安装平台4和伞状缓冲机构一起向卫星喷管靠拢。当伞状缓冲机构的顶锥台8与卫星喷管接触之后，使提升机构的电机20驱动提升机构丝杆24，保持顶锥台8与卫星喷管接触，然后驱动欠驱动机械臂电机18，使(欠驱动)机械臂合拢，当对接机构到达预定位置后，这样由三个机械臂与目标对接平台5形成了封闭区域，使卫星喷管处于不可逃脱空间内(参见图1～4)。

Claims (3)

1、一种欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置，所述对接捕获装置由提升机构、前驱动捕获机构和伞状缓冲机构组成；其特征在于所述前驱动捕获机构包括欠驱动机械臂电机(18)、滚珠丝杆(23)、螺母(21)、机械臂驱动板(17)、机械臂安装平台(4)、三个机械臂，所述三个机械臂均由末端执行器(12)、末端缓冲装置(6)、上臂(13)、下臂(14)、第三耦合连杆(15)、第二耦合连杆(16)和第一耦合连杆(27)组成；所述伞状缓冲机构由目标对接平台(5)、喷管承载板(26)、导向柱(7)、导向滑块(9)、三～六个缓冲连接杆(11)、三～六个缓冲杆(10)和顶锥台(8)组成；欠驱动机械臂电机(18)设置在提升机构上的丝杆螺母板(2)的上端面上，欠驱动机械臂电机(18)的输出轴与滚珠丝杆(23)连接，螺母(21)套装在滚珠丝杆(23)上，机械臂驱动板(17)固装在螺母(21)上，所述机械臂安装平台(4)上的边缘均布设有三个豁口(4-1)，三个机械臂均布安装在机械臂安装平台(4)上的三个豁口(4-1)处，所述三个第二耦合连杆(16)的中部分别与豁口(4-1)处设有的连接件(4-2)转动连接，末端执行器(12)设置在末端缓冲装置(6)上，末端缓冲装置(6)安装在上臂(13)的上端，上臂(13)的下端与下臂(14)的上端连接，第三耦合连杆(15)的一端与下臂(14)连接，第三耦合连杆(15)的另一端与第二耦合连杆(16)的一端连接，第二耦合连杆(16)的另一端与第一耦合连杆(27)的一端连接，所述三个第一耦合连杆(27)的另一端分别与机械臂驱动板(17)转动连接；伞状缓冲机构位于机械臂安装平台(4)的上方且与机械臂安装平台(4)柔性连接，所述导向柱(7)的下端与目标对接平台(5)的上端面通过喷管承载板(26)柔性连接，顶锥台(8)设置在导向柱(7)的上端，导向滑块(9)套装在导向柱(7)上，所述三～六个缓冲杆(10)均布位于顶锥台(8)的下方，三～六个缓冲杆(10)的一端与顶锥台(8)转动连接，所述三～六个缓冲连接杆(11)的一端与导向滑块(9)转动连接，三～六个缓冲连接杆(11)的另一端与对应位置的三～六个缓冲杆(10)分别转动连接，所述三～六个缓冲杆(10)的数量与三～六个缓冲连接杆(11)的数量一致。

2、根据权利要求1所述的欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置，其特征在于所述前驱动捕获机构还包括三个机械臂导向柱(22)，所述三个机械臂导向柱(22)的上端穿过机械臂驱动板(17)均布固装在机械臂安装平台(4)的下端面上。

3、根据权利要求1所述的欠驱动三臂型非合作目标对接捕获装置，其特征在于所述提升机构由中心承载筒(3)、导向板(19)、三个提升机构导向柱(1)、电机(20)、提升机构丝杆(24)、丝杆螺母(25)和丝杆螺母板(2)组成；所述三个提升机构导向柱(1)分别穿过位于中心承载筒(3)内的导向板(19)均布在中心承载筒(3)内，三个提升机构导向柱(1)的两端分别固接在中心承载筒(3)的两端内壁上，提升机构丝杆(24)位于中心承载筒(3)内且穿过导向板(19)的中部，提升机构丝杆(24)的下端与电机(20)的输出轴连接，丝杆螺母(25)套装在提升机构丝杆(24)上，丝杆螺母(25)与丝杆螺母板(2)的下端面固接。

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