CN105083592B - 一种对接补加一体化装置及对接方法 - Google Patents

Abstract

一种对接补加一体化装置，包括主动部分和被动部分，采用圆周内中心加周边的布局形式，中心杆为柔性，实现软对接后，周边3套均布的刚性杆实现刚性连接。柔性中心杆完成初始对接时两航天器俯仰/偏航方向的偏差纠正，以及横向(径向)位置的偏差纠正，3个边杆完成初始对接时两航天器滚转的偏差纠正且提供两航天器连接后的刚度。中心杆在外伸和回缩动作时具有限位控制，外伸到位后有霍尔型接近开关提供反馈信号。中心杆和周边杆的解锁采用电磁铁解锁。在柔性杆的顶端设置了霍尔接近开关，防止了锁定的误判，且保证被动端无源。

Description

一种对接补加一体化装置及对接方法

技术领域

本发明涉及一种航天器对接机构，具体指一种航天器对接补加一体化装置。

背景技术

随着空间技术的提高和应用需求的扩展，由于运载能力的限制，大型空间设施无法一次发射升空，因此对航天器进行在轨组装与对接的需求越来越急迫。利用对接机构，可以在空间装配大型空间设施、进行复杂空间作业。对接机构能够在航天器间建立机械、电气及其他功能连接，具有多次重复捕获、连接和分离功能，并能满足连接后强度、刚度和密封性等要求。

空间交会对接时，早期捕获过程中，通常采用硬撞击捕获，辅以弹簧阻尼机构降低撞击的影响，系统较为复杂，且效果不理想。

此外，需要将信号反馈装置布局在对接机构主动部分，给主动部的锁定信号反馈装置的设计提出了较高要求，尤其是当主动部分的对接装置为杆类时，由于布局空间有限，所以信号反馈装置的设计难度极大。现有信号反馈装置通常采用触点开关、到位开关、接近开关等信号反馈装置，这些信号反馈装置在杆类对接补加一体化装置中极易产生误判。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术的不足，针对航天器在轨对接补加的任务需求，提出了一种对接补加一体化装置。

本发明采用的技术方案为：

一种对接补加一体化装置，包括主动部分和被动部分，主动部分包括主动对接盘、边杆组件、解锁组件、导向组件、限位组件、移动支架、中心杆组件、驱动组件、缓冲分离组件、固定支架、导杆、丝杠、电连接器主动端、气路连接器主动端和液路连接器主动端；

被动部分被动对接盘、重复锁组件、电连接器被动端、气路连接器被动端和液路连接器被动端；

固定支架固定在主动对接盘上，用于将所述对接补加一体化装置固定安装，固定支架的安装面与主动对接盘平行；

主动对接盘和被动对接盘为相互匹配的圆盘状结构，导杆的两端以及丝杠的两端均分别与主动对接盘和固定支架的安装面固定连接，导杆和丝杠相互平行，且均垂直于主动对接盘，中心杆组件的一端从主动对接盘的中心穿过，另一端固定在移动支架上，移动支架还与导杆和丝杠连接，驱动组件安装在固定支架的安装面上，用于驱动移动支架沿丝杠滑动，从而带动中心杆组件从主动对接盘中心伸出，导杆用于给移动支架导向；

导向组件固定安装在主动对接盘与被动对接盘对接的侧面，中心杆组件从导向组件中穿过，导向组件用于给伸出主动对接盘的中心杆组件导向，以及用于主动对接盘与被动对接盘对接时的导向；

限位组件安装在主动对接盘和导向组件之间，用于给伸出主动对接盘的中心杆组件限位；

三套边杆组件均布在中心杆组件的周围，固定安装在主动对接盘对接的一侧，边杆组件的尾部以及中心杆组件的尾部均连接有解锁组件，用于解除对接状态时触发重复锁组件解除锁定状态，

缓冲分离组件固定在主动对接盘上，用于主动对接盘和被动对接盘解除对接状态时提供分离推力；

电连接器主动端、气路连接器主动端和液路连接器主动端均位于主动对接盘上，用于主动部分和被动部分进行对接后，分别与被动对接盘上安装的电连接器被动端、气路连接器被动端和液路连接器被动端建立电路、气路和液路通路；

四套重复锁组件分别对应三套边杆组件与中心杆组件，用于对接时将边杆组件与中心杆组件锁定。

所述中心杆组件包括：外杆、内杆、霍尔接近开关、球头、第一转接头和第二转接头；解锁组件包括电磁铁外壳和位于电磁铁外壳内部的电磁铁推杆；

外杆包括第一刚性段、第一柔性段、限位段、第二柔性段、第二刚性段和第三刚性段；第一刚性段、第一柔性段、限位段、第二柔性段、第二刚性段和第三刚性段之间依次固定连接为一体；

外杆和内杆组成圆管嵌套结构，内杆位于外杆内部，外杆的一端通过转接头与移动支架连接在一起，电磁铁外壳固定连接在移动支架上，其内部的电磁铁推杆与内杆的一端固连；内杆的另一端通过第二转接头与霍尔接近开关固定连接在一起，霍尔接近开关的另一端装有球头，球头位于外杆的外部；

电磁铁推杆、内杆、第二转接头、霍尔接近开关、和球头形成的整体相对于外杆轴向滑动，第二转接头上有滑块，与第三刚性段内部的滑槽相配合，用于限位。

所述第一柔性段和第二柔性段均为带钢丝网的波纹管，所述第一刚性段、限位段、第二刚性段和第三刚性段均为刚性管状结构。

所述内杆为中空结构的半刚性杆，材料为聚四氟乙烯，所述内杆内部安装霍尔接近开关的信号线。

第一柔性段、限位段和第二柔性段的总长度为外杆总长度的1/2～2/3。

所述边杆组件包括内边杆和外边杆，内边杆位于外边杆内部，外边杆的头部为球头结构，用于被重复锁组件锁定，外边杆的尾部固定在主动对接盘上，内边杆与电磁铁推杆固定连接，内边杆在电磁铁推杆的推动下与外边杆产生轴向滑动，用于解除重复锁组件的锁定状态。

所述导向组件包括导向锥、固定片、复位弹簧和导向套筒；限位组件包括三组均布的限位凸轮和凸轮架；

导向套筒为圆筒状结构，与主动对接盘固定垂直连接，中心杆组件从导向套筒中穿过，实现导向；复位弹簧套在导向套筒上，导向套筒上有弹簧限位环，导向锥包括筒状结构以及均布在筒状结构外侧的翅片，导向锥套在导向套筒的外侧，且与导向套筒同轴，复位弹簧位于导向锥与导向套筒之间，用于对接过程中的缓冲；

限位凸轮通过凸轮架固定在导向套筒上，导向套筒在与主动对接盘连接的一端，开有三个侧壁上的均布长槽，用于限位凸轮对中心杆组件进行限位。

所述缓冲分离组件包括缓冲支架、弹簧和推杆，缓冲支架为圆筒状结构，弹簧位于其内部，推杆的一端在缓冲支架的内部，顶住弹簧，推杆的另一端穿过主动对接盘，在对接过程中被动对接盘对推杆施加压缩力，弹簧进行蓄能实现对接缓冲，解除对接状态时，由弹簧提供分离推力。

本发明相对于现有技术带来的有益效果为：

(1)本发明提出了一种用于航天器对接补加的一体化装置，采用圆周内中心加周边的布局形式，中心杆为柔性，实现软对接后，周边3套均布的刚性杆实现刚性连接。柔性中心杆能够完成初始对接时两航天器俯仰/偏航方向的偏差纠正，以及横向(径向)位置的偏差纠正，3个边杆完成初始对接时两航天器滚转的偏差纠正且提供两航天器连接后的刚度。

(2)本发明提出了一种用于航天器对接补加的一体化装置，中心杆由电机驱动，在外伸和回缩动作时具有限位控制，外伸到位后有霍尔型接近开关提供反馈信号。中心杆和周边杆的解锁采用电磁铁解锁。

(3)本发明提出了一种对接补加一体化装置，在柔性杆的顶端设置了霍尔接近开关，对接过程中霍尔接近开关碰触到被动部分的除磁缸以外部位都不会发生信号反馈，只有在对接入位后，霍尔接近开关与被动部分磁缸的相对距离小于10mm时才会有反馈信号，防止了锁定的误判，且保证被动端无源。

附图说明

图1是本发明对接补加一体化装置主动部分构型示意图一；

图2是本发明对接补加一体化装置主动部分构型示意图二；

图3是本发明对接补加一体化装置被动部分构型示意图一；

图4是本发明对接补加一体化装置被动部分构型示意图二；

图5是本发明导向组件和限位组件构型示意图；

图6是本发明中心杆组件和解锁组件构型示意图；

图7是本发明缓冲分离组件构型示意图；

图8是本发明对接补加一体化装置重复锁组件构型示意图；

图9是本发明对接补加一体化装置建立对接姿态示意图；

图10是本发明对接补加一体化装置中心杆组件被捕获示意图；

图11是本发明对接补加一体化装置对接完成示意图；

具体实施方式

对接补加一体化装置主要用于因燃料不足、燃料将尽或推进系统故障的在轨航天器，通过对接补加一体化机械、电、气、液接口，进行仪器设备救援、模块更换或辅助在轨加注等工作，从而实现补充或恢复航天器推进系统的功能，提高或延续航天器在轨任务寿命。

对接补加一体化装置主要由两部分组成：一部分为主动部分，一部分为被动部分。主动部分安装在服务飞行器上，被动部分安装在接受服务飞行器上，被动接口形状结构应尽可能简单，且被动部分通常是无源的。

当两航天器相对关系满足对接初始条件，且对接补加一体化装置收到捕获指令时，对对接补加一体化装置主动部分向被动部分伸出，然后将其校正、刚化、锁紧，并反馈锁定信号。锁定后两航天器之间的相对位姿关系唯一确定，且满足连接强度、刚度要求。两航天器实现机械连接后，二者之间电路、液路和气路自动接通。

本发明提出的对接补加一体化装置，首先实现了柔性捕获，且对接杆在捕获过程中可以产生一定的变形，降低了两航天器位姿容差的要求，增大了成功对接的几率；其次解决了在主动部分安装信号反馈装置易产生误判的难题；再次，对接补加一体化装置能够在空间环境下随两航天器的对接实现自动插合并连通电路、液路和气路，随航天器的分离实现自动分离。由于航天器在轨处于浮动状态，两航天器间有相对姿态和位置偏差，对接补加一体化装置的作用在于克服这一偏差并建立、电、气、液连接。

本发明提出的对接补加一体化装置，采用圆周内中心加周边的布局形式，中心杆为柔性，实现软对接后，周边3套均布的刚性杆实现刚性连接。柔性中心杆能够完成初始对接时两航天器俯仰/偏航方向的偏差纠正，以及横向(径向)位置的偏差纠正，3个边杆完成初始对接时两航天器滚转的偏差纠正且提供两航天器连接后的刚度。中心杆由电机驱动，在外伸和回缩动作时具有限位控制，外伸到位后有霍尔型接近开关提供反馈信号。中心杆和周边杆的解锁采用电磁铁解锁。在柔性杆的顶端设置了霍尔接近开关，对接过程中霍尔接近开关碰触到被动部分的除磁缸以外部位都不会发生信号反馈，只有在对接入位后，霍尔接近开关与被动部分磁缸的相对距离小于10mm时才会有反馈信号，防止了锁定的误判，且保证被动端无源。

本发明公开了一种对接补加一体化装置，如图1和图2所示，包括主动部分和被动部分，主动部分包括主动对接盘1、边杆组件2、解锁组件3、导向组件4、限位组件5、移动支架6、中心杆组件7、驱动组件8、缓冲分离组件9、固定支架10、导杆11、丝杠12、电连接器主动端13、气路连接器主动端14和液路连接器主动端15；

被动部分被动对接盘16、重复锁组件17、电连接器被动端18、气路连接器被动端19和液路连接器被动端20；

主动部分的布局形式为中心主导、周边均布的构型方案，以中心杆组件7的运动轴线为中心，3个均布的边杆组件2均匀的分布在中心的组件7的周边，成品字形排列。固定支架10固定在主动对接盘1上，用于将所述对接补加一体化装置固定安装，固定支架10的安装面与主动对接盘1平行；主动对接盘1和固定支架10构成主动部分的主体支撑结构和其他部组件的安装接口功能。

主动对接盘1和被动对接盘16为相互匹配的圆盘状结构，导杆11的两端以及丝杠12的两端均分别与主动对接盘1和固定支架10的安装面固定连接，导杆11和丝杠12平行且均垂直于主动对接盘1，丝杠12与主动对接盘1连接的一端为轴系固定方式，中心杆组件7的一端从主动对接盘1的中心穿过，另一端固定在移动支架6上，移动支架6还与导杆11和丝杠12连接，驱动组件8安装在固定支架10的安装面上，用于驱动移动支架6沿丝杠12滑动，由固定支架10承担驱动组件8的主体结构质量，从而带动中心杆组件7从主动对接盘1中心伸出，导杆11用于给移动支架6导向；驱动组件8用来提供对接补加一体化装置运动的动力，主要由电机、减速器和控制器组成。

丝杠12是整套系统的关键传动部件，具有单个运动自由度，两端由止推轴承固定。丝杠具有两个功能：一是将驱动组件输入的旋转运动转变成活塞的直线运动；二是传递保持连接的预载荷。

导向组件4固定安装在主动对接盘1与被动对接盘16对接的侧面，中心杆组件7从导向组件4中穿过，导向组件4用于给伸出主动对接盘1的中心杆组件7导向，以及用于主动对接盘1与被动对接盘16对接时的导向；

限位组件5安装在主动对接盘1和导向组件4之间，用于给伸出主动对接盘1的中心杆组件7限位，限位组件5在对接末期对中心杆组件7进行限位，是传力路径中的一个环节。

三套边杆组件2均布在中心杆组件7的周围，固定安装在主动对接盘1对接的一侧，边杆组件2的尾部以及中心杆组件7的尾部均连接有解锁组件3，用于解除对接状态时触发重复锁组件17解除锁定状态。缓冲分离组件9固定在主动对接盘1上，用于主动对接盘1和被动对接盘16解除对接状态时提供分离推力；缓冲分离组件9包括缓冲支架901、弹簧902和推杆903，缓冲支架901为圆筒状结构，弹簧902位于其内部，推杆903的一端在缓冲支架901的内部，顶住弹簧902，推杆903的另一端穿过主动对接盘1，在对接过程中被动对接盘16对推杆903施加压缩力，弹簧902进行蓄能实现对接缓冲，解除对接状态时，由弹簧902提供分离推力。

解锁组件3的原理为管式推拉电磁铁，通电后电磁铁开关301工作，解锁推杆302能外伸10mm，实现解锁所需的移动行程，之后靠解锁组件3自带的复位弹簧回缩。

电连接器主动端13、气路连接器主动端14和液路连接器主动端15均位于主动对接盘1上，用于主动部分和被动部分进行对接后，分别与被动对接盘16上安装的电连接器被动端18、气路连接器被动端19和液路连接器被动端20建立电路、气路和液路通路；

四套重复锁组件17分别对应三套边杆组件2与中心杆组件7，用于对接时将边杆组件2与中心杆组件7锁定。

所述中心杆组件7包括：外杆702、内杆701、霍尔接近开关704、球头703、第一转接头705和第二转接头706；解锁组件3包括电磁铁外壳301和位于电磁铁外壳301内部的电磁铁推杆302；

外杆702包括第一刚性段7101、第一柔性段7102、限位段7103、第二柔性段7104、第二刚性段7105和第三刚性段7106；第一刚性段7101、第一柔性段7102、限位段7103、第二柔性段7104、第二刚性段7105和第三刚性段7106之间依次固定连接为一体；

外杆702和内杆701均为圆管嵌套结构，内杆701位于外杆702内部，外杆702的一端通过转接头705与移动支架6连接在一起，电磁铁外壳301固定连接在移动支架6上，其内部的电磁铁推杆302与内杆701的一端固连；内杆701的另一端通过第二转接头706与霍尔接近开关704固定连接在一起，霍尔接近开关704的另一端装有球头703，球头703位于外杆702的外部；

电磁铁推杆302、内杆701、第二转接头706、霍尔接近开关704、和球头703形成的整体相对于外杆701轴向滑动，第二转接头706上有滑块，与第三刚性段7106内部的滑槽相配合，用于限位。

第一柔性段7102和第二柔性段7104均为带钢丝网的波纹管，所述第一刚性段7101、限位段7103、第二刚性段7105和第三刚性段7106均为刚性管状结构，所述内杆701为中空结构的半刚性杆，材料为聚四氟乙烯，所述内杆701内部安装霍尔接近开关704的信号线，第一柔性段7102、限位段7103和第二柔性段7104的总长度为外杆702总长度的1/2～2/3。

所述边杆组件2包括内边杆201和外边杆202，内边杆201位于外边杆202内部，外边杆202的头部为直径24mm的球头结构，用于被重复锁组件17锁定，外边杆202的尾部固定在主动对接盘1上，内边杆201与电磁铁推杆302固定连接，内边杆201在电磁铁推杆302的推动下与外边杆202产生轴向滑动，用于解除重复锁组件17的锁定状态。

导向组件4包括导向锥401、固定片402、复位弹簧403和导向套筒404；限位组件5包括3组均布的限位凸轮501和凸轮架502；导向套筒404为圆筒状结构，与主动对接盘1固定垂直连接，中心杆组件7从导向套筒404中穿过，实现导向；复位弹簧403套在导向套筒404上，导向套筒404上有弹簧限位环，导向锥401包括筒状结构以及均布在筒状结构外侧的翅片，导向锥401套在导向套筒404的外侧，且与导向套筒404同轴，复位弹簧403位于导向锥401与导向套筒404之间，用于对接过程中的缓冲；限位凸轮501通过凸轮架502固定在导向套筒404上，导向套筒404在与主动对接盘1连接的一端，开有三个侧壁上的均布长槽，用于限位凸轮501对中心杆组件7进行限位。

导向组件4起对接拉近过程的导向功能，配合完成对接补加一体化装置最后锁紧前被动部分位置和姿态偏差的最后修正，该功能通过导向锥401与被动部分对接面上的锥型结构件配合实现。在对接补加一体化装置主动部分和被动部分接近过程中提供缓冲功能，防止两部分机构刚性接触。在对接完成后，与3套边杆组件2共同约束主动对接盘1和被动对接盘16在对接面内相对运动的自由度。

被动部分的布局形式与主动部分相对应，为中心主导、周边均布的构型方案。被动对接盘16构成被动部分的主体支撑结构和重复锁组件17、电连接器被动端18、气路连接器被动端19和液路连接器被动端20的安装接口功能。

被动对接盘16的功能是接受一种防误判带信号反馈的柔性对接杆对接过程中的入位和姿态矫正通过一种防误判带信号反馈的柔性对接杆自身的变形实现，重复锁机构17是一种被动机构，为本领域公知技术，具有锁定和解锁两种功能，其锁定与解锁功能的实现都是通过对接机构主动部分的触发来实现的，在本发明中由柔性对接杆触发。

在对接过程中，主动部分的中心杆组件7向被动部分伸出，球头703进入被动对接盘16，由于主动部分与被动部分的位姿偏差，中心杆组件7的轴线与被动对接盘16的轴线不可能完全重合，此时柔性杆可以发生适当的弯曲变形，确保球头703进入被动对接盘16的后部，触发重复锁机构19抱住球头703，实现主动部分与被动部分的锁定。锁定后，霍尔接近开关704与被动部分重复锁的磁缸的相对距离小于10mm，锁定信号通过霍尔接近开关704反馈回对接机构主动部分。霍尔接近开关704与被动部分重复锁机构19的磁缸的相对距离是通过主动部分与被动部分的结构设计实现的，10mm的距离为优化设计后的实施例，可以有效防止主动部分与被动部分锁定后的误判，确保霍尔接近开关704反馈的信号为正确的锁定信号。

当需要解锁时，本发明所述的内杆702相对外杆701产生轴向相对位移，再次触发重复锁机构19，解除对球头703的锁定状态。

本发明的一个突出优点是实现了对接机构被动部分的无源设计，将解锁和锁定的触发功能设计在主动部分，本发明中体现在柔性对接杆为新型的杆套杆结构，内杆702和外杆701能够同时向外伸出，且能绕杆的轴线发生弯曲变形以适应主动部分与被动部分的位姿偏差，实现主动部分触发锁定，其次是内杆702能够绕外杆701相对运动，实现主动部分触发解锁，该设计降低了被动部分的设计难度，且保证了被动部分无电能或其他能源的零功耗需求。

由本发明装置实现的的对接方法，其图9～图11所示，步骤如下：

主动部分与被动部分在交会的末段，进入捕获包络范围后，仍会具有一定的位姿偏差，对接补加一体化装置将克服位姿偏差。

中心杆组件7在初始状态下收拢于主动部分主动对接盘1和固定支架10的支撑结构内，在捕获开始前，在驱动组件8的驱动下，丝杠12的转动转化为移动支架6的平动，安装在移动支架6上的中心杆组件7外伸到被动对接盘16的锥孔内，在被动对接盘16上锥面的导向作用下，中心杆组件7滑入重复锁组件17的中心孔中，由被动部分的重复锁组件17抱住中心杆组件7的球头703，实现柔性捕获，中心杆组件7前端的霍尔开关704反馈锁定信号；

在初步完成姿态偏差校正后，2驱动组件8反转，丝杠12反转，带动移动支架6向回收缩，中心杆组件7同时回缩，回缩过程中拉动被动部分向主动部分移动，通过中心杆组件7将主动部分与被动部分相互拉紧，过程中校正位姿偏差，在逐渐拉近的过程中主动对接盘1和被动对接盘16的对接面不断靠近，靠近过程中不断施加作用力于缓冲分离组件9的推杆903，弹簧902被不断压缩；当中心杆组件7上的限位环与限位组件5上的限位凸轮501接触后，锁紧力依次通过移动支架6、中心杆组件7、限位组件5、导向组件4、被动对接盘16由主动部分传递到被动部分；同时，边杆组件2的外内边杆201进入到被动对接盘16的3个相应孔道内，当外内边杆201的球头分别进入各自的重复锁组件17内时，由重复锁组件17抱住外边杆201的球头，主动部分和被动部分实现锁定，刚性连接完成；

在完成刚性连接建立的同时，分布在主被动两端的气路连接器、液路连接器和电连接器完成对接动作，分布在主被动两端的气路连接器、液路连接器和电连接器完成对接，电连接器主动端13插入电连接器被动端18，电路接通；气路连接器主动端14插入气路连接器被动端19，气路接通；液路连接器主动端15插入液路连接器被动端20，液路接通；用于主动部分对被动部分进行气液补充；

主动部分与被动部分分离时，4个解锁组件3收到解锁分离信号后，电磁铁推杆302向外伸出，中心杆组件7的内杆702和边杆组件2的内边杆202向外伸出，触发重复锁组件17解除锁定状态；在3组缓冲分离组件9的作用下，使得主动部分远离被动部分，主被动部分实现给定分离速度分离。

Claims (9)

1.一种对接补加一体化装置，其特征在于包括主动部分和被动部分，主动部分包括主动对接盘(1)、边杆组件(2)、解锁组件(3)、导向组件(4)、限位组件(5)、移动支架(6)、中心杆组件(7)、驱动组件(8)、缓冲分离组件(9)、固定支架(10)、导杆(11)、丝杠(12)、电连接器主动端(13)、气路连接器主动端(14)和液路连接器主动端(15)；

被动部分被动对接盘(16)、重复锁组件(17)、电连接器被动端(18)、气路连接器被动端(19)和液路连接器被动端(20)；

固定支架(10)固定在主动对接盘(1)上，用于将所述对接补加一体化装置固定安装，固定支架(10)的安装面与主动对接盘(1)平行；

主动对接盘(1)和被动对接盘(16)为相互匹配的圆盘状结构，导杆(11)的两端以及丝杠(12)的两端均分别与主动对接盘(1)和固定支架(10)的安装面固定连接，导杆(11)和丝杠(12)相互平行，且均垂直于主动对接盘(1)，中心杆组件(7)的一端从主动对接盘(1)的中心穿过，另一端固定在移动支架(6)上，移动支架(6)还与导杆(11)和丝杠(12)连接，驱动组件(8)安装在固定支架(10)的安装面上，用于驱动移动支架(6)沿丝杠(12)滑动，从而带动中心杆组件(7)从主动对接盘(1)中心伸出，导杆(11)用于给移动支架(6)导向；

导向组件(4)固定安装在主动对接盘(1)与被动对接盘(16)对接的侧面，中心杆组件(7)从导向组件(4)中穿过，导向组件(4)用于给伸出主动对接盘(1)的中心杆组件(7)导向，以及用于主动对接盘(1)与被动对接盘(16)对接时的导向；

限位组件(5)安装在主动对接盘(1)和导向组件(4)之间，用于给伸出主动对接盘(1)的中心杆组件(7)限位；

三套边杆组件(2)均布在中心杆组件(7)的周围，固定安装在主动对接盘(1)对接的一侧，边杆组件(2)的尾部以及中心杆组件(7)的尾部均连接有解锁组件(3)，用于解除对接状态时触发重复锁组件(17)解除锁定状态，

缓冲分离组件(9)固定在主动对接盘(1)上，用于主动对接盘(1)和被动对接盘(16)解除对接状态时提供分离推力；

电连接器主动端(13)、气路连接器主动端(14)和液路连接器主动端(15)均位于主动对接盘(1)上，用于主动部分和被动部分进行对接后，分别与被动对接盘(16)上安装的电连接器被动端(18)、气路连接器被动端(19)和液路连接器被动端(20)建立电路、气路和液路通路；

四套重复锁组件(17)分别对应三套边杆组件(2)与中心杆组件(7)，用于对接时将边杆组件(2)与中心杆组件(7)锁定。

2.根据权利要求1所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述中心杆组件(7)包括：外杆(702)、内杆(701)、霍尔接近开关(704)、球头(703)、第一转接头(705)和第二转接头(706)；解锁组件(3)包括电磁铁外壳(301)和位于电磁铁外壳(301)内部的电磁铁推杆(302)；

外杆(702)包括第一刚性段(7101)、第一柔性段(7102)、限位段(7103)、第二柔性段(7104)、第二刚性段(7105)和第三刚性段(7106)；第一刚性段(7101)、第一柔性段(7102)、限位段(7103)、第二柔性段(7104)、第二刚性段(7105)和第三刚性段(7106)之间依次固定连接为一体；

外杆(702)和内杆(701)组成圆管嵌套结构，内杆(701)位于外杆(702)内部，外杆(702)的一端通过转接头(705)与移动支架(6)连接在一起，电磁铁外壳(301)固定连接在移动支架(6)上，其内部的电磁铁推杆(302)与内杆(701)的一端固连；内杆(701)的另一端通过第二转接头(706)与霍尔接近开关(704)固定连接在一起，霍尔接近开关(704)的另一端装有球头(703)，球头(703)位于外杆(702)的外部；

电磁铁推杆(302)、内杆(701)、第二转接头(706)、霍尔接近开关(704)、和球头(703)形成的整体相对于外杆(702)轴向滑动，第二转接头(706)上有滑块，与第三刚性段(7106)内部的滑槽相配合，用于限位。

3.根据权利要求2所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述第一柔性段(7102)和第二柔性段(7104)均为带钢丝网的波纹管，所述第一刚性段(7101)、限位段(7103)、第二刚性段(7105)和第三刚性段(7106)均为刚性管状结构。

4.根据权利要求2所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述内杆(701)为中空结构的半刚性杆，材料为聚四氟乙烯，所述内杆(701)内部安装霍尔接近开关(704)的信号线。

5.根据权利要求2所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：第一柔性段(7102)、限位段(7103)和第二柔性段(7104)的总长度为外杆(702)总长度的1/2～2/3。

6.根据权利要求2所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述边杆组件(2)包括内边杆(201)和外边杆(202)，内边杆(201)位于外边杆(202)内部，外边杆(202)的头部为球头结构，用于被重复锁组件(17)锁定，外边杆(202)的尾部固定在主动对接盘(1)上，内边杆(201)与电磁铁推杆(302)固定连接，内边杆(201)在电磁铁推杆(302)的推动下与外边杆(202)产生轴向滑动，用于解除重复锁组件(17)的锁定状态。

7.根据权利要求1所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述导向组件(4)包括导向锥(401)、固定片(402)、复位弹簧(403)和导向套筒(404)；限位组件(5)包括3组均布的限位凸轮(501)和凸轮架(502)；

导向套筒(404)为圆筒状结构，与主动对接盘(1)固定垂直连接，中心杆组件(7)从导向套筒(404)中穿过，实现导向；复位弹簧(403)套在导向套筒(404)上，导向套筒(404)上有弹簧限位环，导向锥(401)包括筒状结构以及均布在筒状结构外侧的翅片，导向锥(401)套在导向套筒(404)的外侧，且与导向套筒(404)同轴，复位弹簧(403)位于导向锥(401)与导向套筒(404)之间，用于对接过程中的缓冲；

限位凸轮(501)通过凸轮架(502)固定在导向套筒(404)上，导向套筒(404)在与主动对接盘(1)连接的一端，开有三个侧壁上的均布长槽，用于限位凸轮(501)对中心杆组件(7)进行限位。

8.根据权利要求1所述的一种对接补加一体化装置，其特征在于：所述缓冲分离组件(9)包括缓冲支架(901)、弹簧(902)和推杆(903)，缓冲支架(901)为圆筒状结构，弹簧(902)位于其内部，推杆(903)的一端在缓冲支架(901)的内部，顶住弹簧(902)，推杆(903)的另一端穿过主动对接盘(1)，在对接过程中被动对接盘(16)对推杆(903)施加压缩力，弹簧(902)进行蓄能实现对接缓冲，解除对接状态时，由弹簧(902)提供分离推力。

9.一种基于权利要求1所述的对接补加一体化装置实现的对接方法，其特征在于步骤如下：

(1)中心杆组件(7)在初始状态下收拢于主动部分主动对接盘(1)和固定支架(10)的支撑结构内，在捕获开始前，在驱动组件(8)的驱动下，丝杠(12)的转动转化为移动支架(6)的平动，安装在移动支架(6)上的中心杆组件(7)外伸到被动对接盘(16)的锥孔内，在被动对接盘(16)上锥面的导向作用下，中心杆组件(7)滑入重复锁组件(17)的中心孔中，由被动部分的重复锁组件(17)抱住中心杆组件(7)的球头(703)，实现柔性捕获，中心杆组件(7)前端的霍尔开关(704)反馈锁定信号；

(2)驱动组件(8)反转，丝杠(12)反转，带动移动支架(6)向回收缩，中心杆组件(7)同时回缩，回缩过程中拉动被动部分向主动部分移动，通过中心杆组件(7)将主动部分与被动部分相互拉紧，在逐渐拉近的过程中主动对接盘(1)和被动对接盘(16)的对接面不断靠近，靠近过程中不断施加作用力于缓冲分离组件(9)的推杆(903)，弹簧(902)被不断压缩；当中心杆组件(7)上的限位环与限位组件(5)上的限位凸轮(501)接触后，锁紧力依次通过移动支架(6)、中心杆组件(7)、限位组件(5)、导向组件(4)、被动对接盘(16)由主动部分传递到被动部分；同时，边杆组件(2)的内边杆(201)进入到被动对接盘(16)的3个相应孔道内，当外内边杆(201)的球头分别进入各自的重复锁组件(17)内时，由重复锁组件(17)抱住外边杆(201)的球头，主动部分和被动部分实现锁定，刚性连接完成；

(3)分布在主被动两端的气路连接器、液路连接器和电连接器完成对接，电连接器主动端(13)插入电连接器被动端(18)，电路接通；气路连接器主动端(14)插入气路连接器被动端(19)，气路接通；液路连接器主动端(15)插入液路连接器被动端(20)，液路接通；用于主动部分对被动部分进行气液补充；

(4)主动部分与被动部分分离时，4个解锁组件(3)收到解锁分离信号后，电磁铁推杆(302)向外伸出，中心杆组件(7)的内杆(701)和边杆组件(2)的内边杆(202)向外伸出，触发重复锁组件(17)解除锁定状态；

(5)在3组缓冲分离组件(9)的作用下，使得主动部分远离被动部分，实现分离。