CN102991730A - 一种航天器自平衡捕获机构 - Google Patents

Abstract

一种航天器自平衡捕获机构，包括两个相对各自驱动电机转轴具有相同惯量的五杆机构、两个相对于电机转轴具有相同惯量的卡爪，一组接收组件，接收组件至少包括导向槽和传感装置，卡爪分别设置在导向槽两侧，五杆机构与卡爪连动，并且，当目标航天器碰到接收组件的导向槽时，传感装置将此信号传递给所述驱动电机，所述两个电机同时启动，五杆机构转动，机械手开始捕获过程，两个五杆杆组惯量相同，运动大小相等，方向相反；五杆机构到达捕获终点时，卡爪与目标航天器形成机械配合，五杆机构以将目标航天器设置在死点位置。本发明能够完成对目标航天器的捕获，同时具有高可靠性及输出干扰小等有益效果。

Description

一种航天器自平衡捕获机构

技术领域

本发明涉及一种用于捕获目标航天器的机械机构，尤其是一种具有自平衡功能的航天器捕获机构。

 

背景技术

    航天器的捕获技术是航天技术的一个重要发展方向，是载人飞行、货运飞船对接、俘虏或维修目标航天器的关键技术，也是今后扩展卫星应用能力的一个重要手段。

空间对接技术的研究升始于20世纪60年代初期。1963年3月，美国"双子星座"载人飞船的"阿金娜"火箭在宇航员的参与下实现了人类历史上首次空间对接作。实现对接和捕获功能的最著名的机构是由美国和前苏联专家共同研制成功的异体同构周边式对接机构，型号是APAS-75。APAS-75对接机构实现了苏联“联盟号”飞船和美国“阿波罗”飞船的对接。在此基础上研制了用于国际空间站的APAS-89式对接机构，是国际空间站的组装和维持运行的标准配置。

为突破运载能力的限制，扩展人类空间活动的范围和规模，开发航天器的捕获、对接技术是组建大型空间建筑和超大型航天器的关键。近年来此类机构的应用又有了新的发展方向，如俘虏敌方目标飞行器，捕获己方卫星，进行维修和燃料加注等。

太空环境是无重力环境，飞行器处于悬浮状态。根据动量守恒原理，航天器上任何一部分的运动，都能引起航天器位置状态的变化。为减少对航天器姿态的扰动，捕获机构应具备自平衡功能。

然而，现有的捕获机构很难在实现捕获的同时，兼顾到自备自平衡功能的。并且，由于空间捕获机械手具有较高的技术含量和重大的军事政治意义，国外很少有类似的技术说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为了解决对目标航天器的捕获问题，利用本发明描述的自平衡捕获机械手，可以对目标航天器进行稳定可靠的捕获，同时具有对安装平台扰动小的优点。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种采用两个惯量相同的五杆机构实施相反运动的方法实施捕获，包括两个具有自锁功能且相对各自驱动电机转轴具有相同惯量的五杆机构；两个相对于电机转轴具有相同惯量的卡爪，一组安装在安装架上的由导向槽、传感器及阻尼组成的接收组件。

当目标航天器碰到导向槽时，传感器能够将此信号传递给电机。两个电机同时启动，五杆机构转动，机械手开始捕获过程。两个五杆杆组惯量相同，运动大小相等，方向相反。

任意一个五杆机构都能单独完成捕获功能，实现了冗余备份功能。

五杆机构到达捕获终点时，卡爪与目标航天器形成机械配合。此时，五杆机构正好处于死点位置，将目标航天器竖直方向上的振动影响降低到最小。阻尼器能够降低捕获过程中的振动及扰动冲击等。

本发明能够实现航天器的可靠捕获，同时具有捕获可靠性高，能够自锁，同时对航天器平台的扰动小等有益效果。

附图说明

图1是本发明单个五杆杆组捕获实施前的机械原理图；

图2是本发明单个五杆杆组捕获实施后的机械原理图；

图3是本发明的一个优选实施例结构示例图。

 

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同规格实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大或是缩小了相对尺寸。

一种航天器自平衡捕获机构，以采用两个惯量相同的五杆机构实施相反运动的方法实施捕获，包括两个相对各自驱动电机转轴具有相同惯量的五杆机构、两个相对于电机转轴具有相同惯量的卡爪，一组接收组件，接收组件至少包括导向槽和传感装置，卡爪分别设置在导向槽两侧，五杆机构与卡爪连动，并且，

当目标航天器碰到接收组件的导向槽时，传感装置将此信号传递给所述驱动电机，所述两个电机同时启动，五杆机构转动，机械手开始捕获过程，两个五杆杆组惯量相同，运动大小相等，方向相反；五杆机构到达捕获终点时，卡爪与目标航天器形成机械配合，五杆机构以将目标航天器设置在死点位置。

图1是本发明实施例中五杆杆组的机械原理。图2是在电机的带动下，五杆杆组将目标飞行器捕获，其中两个杆组与卡爪均处于水平位置。此时，五杆杆组处于死点位置，目标飞行器被牢固捕获。

其于上述的原理，图3是本发明的机械实施结构图。本发明涉及航天器用的自平衡捕获机械手的机械机构，公开了一种自平衡捕获机械手的结构形式，包括：目标航天器1、第一卡爪2、安装架3、第一电机4、第一杆5、第二杆6、第三杆7、第四杆8、导向槽9、传感器10、阻尼11、第二卡爪12、第五杆13、第六杆14、第二电机15、第七杆16、第八杆17、轴承18。

卡爪为两个，分别位于导向槽9两侧，五杆机构包括分别位于一卡爪一侧的两连杆组，每一连杆组的连杆相互连接，并且其中一连杆与所述电机连动。

由于连杆组两组的实现原理是一样的，在此就一第一连杆组为例，来说明其结构。其包括第一杆5、第二杆6、第三杆7、第四杆8，第一杆5的端部连动与第一电机4，另一端部轴接与第二杆6，第二杆6的端部连接与第三杆7中部，第三杆7的两端部分别与一支架与第四杆8连接，第四杆8与一卡爪2连接，以带动卡爪2运动。第二连杆组为第五杆13、第六杆14、第七杆16、第八杆17，结构类似，在此就不再详细说明。

接收组件还包括阻尼单元和安装架，所述卡爪、接收组件、五杆机构放置在所述安装架上。阻尼器能够有效降低捕获过程中的振动及扰动冲击等。

杆组铰链处安装的轴承，用于实现关节的灵活转动。

当目标航天器碰到导向槽时，传感器将此信号传递给电机。两个电机同时启动，五杆机构转动，机械手开始捕获过程。两个五杆杆组惯量相同，运动大小相等，方向相反。此时，对航天器的姿态扰动几乎为零，保证了捕获的成功率。

五杆机构具有两个自锁单元。其每一连杆组对应一自锁单元。

通过上述部分组成的机构，能够完成对目标航天器的捕获，同时具有高可靠性及输出干扰小等有益效果。

任意一个五杆机构都能单独完成捕获功能，实现了冗余备份功能。

五杆机构在捕获过程结束时，卡爪与目标航天器形成机械配合。此时，五杆机构正好处于死点位置，将目标航天器牢牢锁定。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种航天器自平衡捕获机构，以采用两个惯量相同的五杆机构实施相反运动的方法实施捕获，其特征在于，包括两个相对各自驱动电机转轴具有相同惯量的五杆机构、两个相对于电机转轴具有相同惯量的卡爪，一组接收组件，接收组件至少包括导向槽和传感装置，卡爪分别设置在导向槽两侧，五杆机构与卡爪连动，并且，

当目标航天器碰到接收组件的导向槽时，传感装置将此信号传递给所述驱动电机，所述两个电机同时启动，五杆机构转动，机械手开始捕获过程，两个五杆杆组惯量相同，运动大小相等，方向相反；五杆机构到达捕获终点时，卡爪与目标航天器形成机械配合，五杆机构以将目标航天器设置在死点位置。

2.如权利要求1所述的航天器自平衡捕获机构，其特征在于，卡爪为两个，分别位于导向槽两侧，五杆机构包括分别位于一卡爪一侧的两连杆组，每一连杆组的连杆相互连接，并且其中一连杆与所述电机连动。

3.如权利要求2所述的航天器自平衡捕获机构，其特征在于，连杆组进一步包括第一杆、第二杆、第三杆、第四杆，第一杆的端部连接与所述电机，另一端部轴接与第二杆，第二杆的端部连接与第三杆中部，第三杆的两端部分别与一支架与第四杆连接，第四杆与一卡爪连接，以带动卡爪运动。

4.如权利要求1所述的航天器自平衡捕获机构，其特征在于，接收组件还包括阻尼单元。

5.如权利要求1所述的航天器自平衡捕获机构，其特征在于，还包括安装架，所述卡爪、接收组件、五杆机构放置在所述安装架上。

6.如权利要求1所述的航天器自平衡捕获机构，其特征在于，五杆机构具有两个自锁单元。

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