CN117485601A - 一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘装置，在轨可替换机构包括：外壳体及货物搭载组件、机械主动对接锁紧组件及双级浮动电器接口组件；所述双级浮动电器接口组件包括主动对接部分和被动对接部分；主动对接部分设置在外壳体及货物搭载组件的外壳上，被动对接部分设置在被动对接航天器上，主动对接部分和被动对接部分相配合实现电器接口对接；机械主动对接锁紧组件的对接锁紧机构安装在外壳体及货物搭载组件上，机械主动对接锁紧组件通过电机驱动丝杠螺母结构，带动对接锁紧机构的连杆结构伸缩，使对接锁紧机构与外部带有锁紧孔的装置实现对接和锁定。本发明具有对接精度高、对接刚度强、搭载稳定性好及便于在轨操作等特性。

Description

一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘装置

技术领域

本发明涉及一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘装置，属于对接领域。

背景技术

在航天技术领域，随着高新技术不断发展，许多硬件设施性能不断得到大幅度提高，与之伴随而来需要解决的问题是许多老一代航空器，如卫星、空间站等面临部分硬件设施需要更新换代，以与现代科学技术相匹配，来提高各自的性能。同时，未来的科技水平必然高于目前，即使目前向太空发送的新一代航空器，也势必在不久的将来面临同样的问题。由于在外太空的特殊性，航空器的维修工作也非常艰难。传统的一次性航空器因为升级换代困难，损坏后难以维修以及单次发射成本高而被渐渐淘汰。

为了解决这一问题，在轨服务技术逐步兴起，通过在轨服务航天器携带的在轨可更换单元，在机械臂的作用下，可实现模块间的替换、对接、锁紧，通过不同接口的对接，实现两者的物质、信息以及其他能量的交换，从而能够实现对目标航天器进行升级及维修，因此如何保证在轨可替换机构高精度的对接并可靠锁紧固定于目标航天器上是实现在轨服务的重要前提，针对该问题本发明设计一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘组件。

发明内容

本发明所解决的技术方案是：本发明提供一种双级浮动对接式在轨可替换机构及其货盘装置，采用丝杠螺母传动并利用伸缩连杆机构完成对接锁紧，同时具备二级浮动式电器接口及配套货盘组件，其具有对接精度高、对接刚度强、搭载稳定性好及便于在轨操作等特性。

本发明采用的技术方案是：一种双级浮动对接式在轨可替换机构，包括：外壳体及货物搭载组件、机械主动对接锁紧组件及双级浮动电器接口组件；

所述双级浮动电器接口组件包括主动对接部分和被动对接部分；主动对接部分设置在外壳体及货物搭载组件的外壳上，被动对接部分设置在被动对接航天器上，主动对接部分和被动对接部分相配合实现电器接口对接；机械主动对接锁紧组件的对接锁紧机构安装在外壳体及货物搭载组件上，机械主动对接锁紧组件通过电机驱动丝杠螺母结构，带动对接锁紧机构的连杆结构伸缩，使对接锁紧机构与外部带有锁紧孔的装置实现对接和锁定。

进一步的，所述外壳体及货物搭载组件包括壳体侧板、壳体前板、壳体后板、连接角铁、被动夹持装置、导轨滑块、辅助光点、电机固定板、中层固定板以及上层固定板；壳体侧板通过连接角铁与壳体前板、壳体后板连接装配形成方形壳体；所述被动夹持装置固定于壳体后板中心位置；所述辅助光点分别固定于壳体后板的各顶点处；所述电机固定板、中层固定板以及上层固定板均通过壳体侧板内侧滑槽固定在方形壳体的内部空间中；所述导轨滑块安装在壳体侧板上。

进一步的，所述机械主动对接锁紧组件包括电机、联轴器、丝杠固定装置、整体锁紧丝杠、固定螺母、运动螺母、轴环、固定法兰盘、内移动爪和对接锁紧机构；

电机固定于电机固定板上，电机输出轴通过联轴器与整体锁紧丝杠装置配合连接；所述丝杠固定装置安装在中层固定板上，内部通过轴环、轴承与两侧的整体锁紧丝杠装置的轴肩、固定螺母配合安装，实现整体锁紧丝杠装置单侧轴向定位；所述整体锁紧丝杠的螺纹段与运动螺母配合安装，运动螺母连接固定于内移动爪中心处；所述内移动爪的三个顶点分别与对接锁紧机构配合固定；所述固定法兰盘固定在上层固定板上，整体锁紧丝杠通过轴承、弹簧垫圈与固定法兰盘配合安装。

进一步的，所述对接锁紧机构包括锁紧轴、锁紧盖、锁紧套筒、锁紧轴套、第一弹簧、前固定套筒、后固定套筒、第一连接杆、第二连接杆、开口销、连接轴、锁紧环以及对接帽，三个锁紧轴呈等边三角形分别安装在内移动爪上，锁紧轴安装在前固定套筒、后固定套筒、锁紧盖及锁紧轴套内；所述锁紧套筒内部与锁紧轴套轴配合并设有限位部分，锁紧轴套的侧壁内部开设有放置第一弹簧的空间；所述第一弹簧底部放置于锁紧盖内部凹槽并安装于锁紧轴套的侧壁内部空间中，锁紧套筒一端与锁紧盖固定，前固定套筒、后固定套筒分别安装在锁紧盖、锁紧套筒和锁紧轴套构成的伸缩结构两侧；所述第一连接杆关于锁紧轴对称布置，第一连接杆一端通过连接轴、开口销与后固定套筒转动连接，第一连接杆另一端通过连接轴、开口销与第二连接杆一端转动连接，第二连接杆另一端通过连接轴、开口销与锁紧环转动连接；所述锁紧环与锁紧轴同心配合并通过对接帽固定；锁紧套筒安装在壳体前板上的安装孔中。

进一步的，所述主动对接部分包括主动对接装置、电器搭载装置；电器搭载装置固定于主动对接装置中，电器搭载装置上设有按需装载的电器预留固定位；所述主动对接装置安装于壳体前板中心位置，位于三组对接锁紧机构中心位置；主动对接装置端部设有对接杆；

进一步的，所述被动对接部分包括浮动接口外壳、二级浮动接口、第二弹簧、第三弹簧、被动对接接口；所述浮动接口外壳固定于被动对接航天器处，浮动接口外壳内壁开设有若干条固定第二弹簧的纵向内槽，浮动接口外壳底部开设有固定第三弹簧的内安装槽；所述二级浮动接口外壁与第二弹簧进行固定，浮动接口外壳内壁和二级浮动接口外壁间设有第二弹簧，二级浮动接口底部安装第三弹簧，二级浮动接口上部设有与主动对接装置对接杆配合的锥孔；所述被动对接接口安装在二级浮动接口内部，同时被动对接接口开设有与电器搭载装置接口相匹配的电器预留固定位。

一种双级浮动对接式在轨可替换机构搭载货盘装置，其特征在，包括所述的双级浮动对接式在轨可替换机构、货盘主承力架、夹紧柔性缓冲体、固定端轴承座、托盘夹紧板、托盘夹紧装置底板、微型滚珠直线导轨、滑块、机械手适配器、微型丝杠以及托盘导轨；

货盘主承力架的任意搭载面均具有所述的双级浮动对接式在轨可替换机构的存储位置，每个存储位置的侧壁上均设置与所述机械主动对接锁紧组件的对接锁紧机构相配合的锁紧孔，各存储位置中均设置收纳结构，收纳结构用于夹紧双级浮动对接式在轨可替换机构并提供导向。

进一步的，所述收纳结构包括：托盘夹紧装置底板、固定端轴承座、微型滚珠直线导轨、滑块、机械手适配器、微型丝杠和托盘导轨；

所述托盘夹紧装置底板固定于存储位置底面上，固定端轴承座、微型滚珠直线导轨安装在托盘夹紧装置底板，固定端轴承座设置在微型滚珠直线导轨一端；所述滑块分别设置在托盘夹紧板下方，并与微型滚珠直线导轨配合；所述微型丝杠通过一对微型螺母与左右两边的托盘夹紧板连接，其一端端部通过轴销、开口销与机械手适配器进行连接，另一端端部固定在固定端轴承座上；所述托盘导轨固定于每一个存储位置顶面。

进一步的，所述收纳结构还包括：夹紧柔性缓冲体；所述夹紧柔性缓冲体通过粘贴固定于托盘夹紧板表面以及每一个存储位置内表面。

进一步的，所述双级浮动对接式在轨可替换机构在非工作状态下第一连接杆、第二连接杆处于扩展状态，此时托盘夹紧板处于夹紧状态；当所述双级浮动对接式在轨可替换机构工作时，机械臂与机械手适配器配合，带动微型丝杠解锁，使得托盘夹紧板解锁，此时所述双级浮动对接式在轨可替换机构在托盘导轨的作用下不会发生脱离；机械臂与被动夹持装置配合，此时电机通电；在电机正转的作用下，内移动爪带动锁紧轴向前移动，使得第一连接杆、第二连接杆从扩展状态变为收缩状态，此时货盘装置的锁紧孔不再限制所述双级浮动对接式在轨可替换机构的运动，机械臂将所述双级浮动对接式在轨可替换机构从货盘主承力架的存储位置中移出；

当所述双级浮动对接式在轨可替换机构达到与目标航天器对接的初始位置，在机械臂的推动作用下，对接帽产生导向作用，使得对接锁紧机构端部进入目标航天器的锁紧孔内，此时电机进行反转操作，使得第一连接杆、第二连接杆从收缩状态变回扩展状态，与锁紧孔锁紧，同时双级浮动电器接口组件的主动对接部分和被动对接部分实现对接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明采用丝杠螺母结构作为锁紧传动部件并通过伸缩连杆结构来实现定位锁紧，运动过程具备反行程自锁特性从而提高锁紧可靠性，其锁紧前端柔性锁紧帽可有效缓解碰撞冲击影响，并可实现较大的初始对接容差要求，对接安全性及稳定性高；

(2)本发明针对未来复杂型航空任务设计了高精度电器浮动对接组件，在一级对接无法满足定位要求的情况下采用浮动式对接接口，使得被动电器接口可自适应对接误差，保证无冲击、高精度地完成精密电器接口对接，最高可适应0.5mm的对接误差要求；

(3)本发明结合可替换机构实际发射及在轨存储状态，提出一种可靠保存可替换机构的货盘组件，该货盘可适配替换单元锁紧装置，并设有柔性夹紧组件从而有效保证可替换机构在发射阶段、在轨阶段以及回收阶段的位置固定并吸收振动，该货盘中心预留区域可搭载未来指向型任务的电力、处理等设备，以实现可替换机构内部充电、设备升级等操作。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的外壳体组件结构示意图；

图3是本发明的机械主动对接锁紧组件结构示意图；

图4是本发明的双级浮动电器接口组件结构示意图；

图5是本发明的在轨可替换机构搭载货盘组件结构示意图；

图6是本发明的锁紧机构扩展及收缩状态示意图；

图7是本发明的对接过程示意图；

具体实施方式

结合附图对本发明进行说明。

如图1～7所示，一种双级浮动对接式在轨可替换机构，包括外壳体及货物搭载组件1、机械主动对接锁紧组件2及双级浮动电器接口组件3，如图1所示；

如图2所示，所述外壳体及货物搭载组件1包括壳体侧板1-1、壳体前板1-2、壳体后板1-3、连接角铁1-4、被动夹持装置1-5、导轨滑块1-6、辅助光点1-7、电机固定板1-8、中层固定板1-9以及上层固定板1-10；壳体侧板1-1共计4个并通过连接角铁1-4、螺钉与壳体前板1-2、壳体后板1-3连接装配形成方形壳体；所述被动夹持装置1-5通过螺栓固定于壳体后板1-3中心位置；所述辅助光点1-7共计4个，分别通过黏贴的方式固定于壳体后板1-3的4个顶点处；所述电机固定板1-8、中层固定板1-9以及上层固定板1-10均通过壳体侧板1-1内侧滑槽固定在方形壳体的内部空间中；所述导轨滑块1-6通过螺栓安装在壳体侧板1-1；

如图3所示，所述机械主动对接锁紧组件2包括电机2-1、联轴器2-2、丝杠固定装置2-3、整体锁紧丝杠2-4、固定螺母2-5、运动螺母2-6、轴环2-7、固定法兰盘2-8、内移动爪2-9、锁紧轴2-10、锁紧盖2-11、锁紧套筒2-12、锁紧轴套2-13、第一弹簧2-14、前固定套筒2-15、后固定套筒2-16、第一连接杆2-17、第二连接杆2-18、开口销2-19、连接轴2-20、锁紧环2-21以及对接帽2-22；电机2-1通过螺栓固定于电机固定板1-8上，电机2-1输出轴通过联轴器2-2与整体锁紧丝杠装置2-4配合连接；所述丝杠固定装置2-3通过螺栓与中层固定板1-9连接实现其定位安装，内部通过轴环2-7、轴承与整体锁紧丝杠装置2-4轴肩、固定螺母2-5配合实现整体锁紧丝杠2-5单侧轴向定位；所述整体锁紧丝杠2-4螺纹段与运动螺母2-6配合，运动螺母2-6外部通过螺栓连接固定于内移动爪2-9中心处；所述内移动爪2-9通过螺栓与3个锁紧轴2-10配合固定；所述固定法兰盘2-8通过螺栓固定于上层固定板1-10，整体锁紧丝杠2-4通过轴承、弹簧垫圈实现轴承的轴向定位，该位置轴承与固定法兰盘2-8配合实现整体锁紧丝杠2-4的定位安装；所述三个锁紧轴2-10呈等边三角形分别安装在内移动爪2-9上，锁紧轴2-10安装在前固定套筒2-15、后固定套筒2-16、锁紧盖2-11及锁紧轴套2-13内；所述锁紧套筒2-12内部可与锁紧轴套2-13轴配合并设有限位部分，锁紧轴套2-13的侧壁内部开设有可放置第一弹簧2-14的空间；所述第一弹簧2-14底部可放置于锁紧盖2-11内部凹槽并安装于锁紧轴套2-13的侧壁内部空间中，锁紧套筒2-12通过过盈配合与锁紧盖2-11固定，前固定套筒2-15、后固定套筒2-16分别安装在锁紧盖2-11、锁紧套筒2-12和锁紧轴套2-13构成的伸缩结构两侧；所述第一连接杆2-17一端通过连接轴2-20、开口销2-19与后固定套筒2-16配合实现定位，第一连接杆2-17另一端通过相同连接轴2-20、开口销2-19与第二连接杆2-18一端配合实现其定位连接，第二连接杆2-18另一端通过相同连接轴2-20、开口销2-19与锁紧环2-21连接；所述锁紧环2-21与锁紧轴2-10同心配合并通过对接帽2-22固定；锁紧套筒2-12通过法兰盘安装在壳体前板1-2上的安装孔中。

如图4所示，所述双级浮动电器接口组件3包括主动对接装置3-1、电器搭载装置3-2、浮动接口外壳3-3、二级浮动接口3-4、第二弹簧3-5、第三弹簧3-6、被动对接接口3-7；电器搭载装置3-2通过螺栓固定于主动对接装置3-1中，电器搭载装置3-2上设有按需装载的电器预留固定位；所述主动对接装置3-1通过螺栓安装于壳体前板1-2中心位置，位于三组对接锁紧机构中心位置；主动对接装置3-1端部设有对接杆；所述浮动接口外壳3-3通过螺栓固定于被动对接航天器处，浮动接口外壳3-3内壁开设有若干条可固定第二弹簧3-5的纵向内槽，浮动接口外壳3-3底部开设有固定第三弹簧3-6的内安装槽；所述二级浮动接口3-4外壁可与第二弹簧3-5进行固定，浮动接口外壳3-3内壁和二级浮动接口3-4外壁间设有第二弹簧3-5，二级浮动接口3-4底部安装第三弹簧3-6，二级浮动接口3-4上部设有与主动对接装置3-1对接杆配合的锥孔；所述被动对接接口3-7安装在二级浮动接口3-4内部，同时被动对接接口3-7开设有与电器搭载装置3-2接口相匹配的电器预留固定位；

如图5所示，所述在轨可替换机构搭载货盘装置4包括双级浮动对接式在轨可替换机构、货盘主承力架4-1、夹紧柔性缓冲体4-2、固定端轴承座4-3、托盘夹紧板4-4、托盘夹紧装置底板4-5、微型滚珠直线导轨4-6、滑块4-7、机械手适配器4-8、微型丝杠4-9以及托盘导轨4-10。货盘主承力架4-1具有四个搭载面，任意搭载面均具有可替换机构存储位置，每个可替换机构存储位置的侧壁上均设置与机械主动对接锁紧组件2中三个对接帽2-22配合的锁紧孔，任意可替换机构存储位置均具备下述收纳结构：所述托盘夹紧装置底板4-5通过螺栓连接固定于货盘主承力架4-1的可替换机构存储位置下侧上，并分别通过螺栓、螺钉与固定端轴承座4-3、微型滚珠直线导轨4-6进行固连；所述滑块4-7共计4个，其上表面通过螺钉与托盘夹紧板4-4连接，其下部与微型滚珠直线导轨4-6配合；所述微型丝杠4-9通过一对微型螺母与左右两边的托盘夹紧板4-4连接，其一端端部通过轴销、开口销与机械手适配器4-8进行连接，另一端端部固定在固定端轴承座4-3上；所述夹紧柔性缓冲体4-2通过粘贴固定于托盘夹紧板4-4表面以及每一个可替换机构存储位置内表面；所述托盘导轨4-10通过螺栓固定于每一个可替换机构存储位置上侧；

本实施例中，所述连接角铁1-4的主要功能是将壳体侧板1-1、壳体前板1-2以及壳体后板1-3进行连接，形成在轨可替换机构的主体外壳结构；被动夹持装置1-5的主要功能是与空间机械臂配合，从而完成在轨可替换机构归位或转场操作；电机固定板1-8、中层固定板1-9以及上层固定板1-10的主要功能是分别固定电机2-1、固定螺母2-5及固定法兰盘2-8等组件，并用于搭载在轨可替换机构内部工作机器；电机2-1、联轴器2-2的主要功能是将电机2-1的输出转动传递至锁紧装置，以提供锁紧动力源；整体锁紧丝杠2-4、固定螺母2-5、运动螺母2-6的主要功能是在电机2-1的驱动下完成运动螺母2-6的在丝杠轴线方向的运动；所述移动内爪2-9的主要功能是在运动螺母2-6的带动下协同锁紧轴进行轴向运动；所述锁紧套筒2-12的功能是将锁紧组件固定于壳体前板1-2处；所述锁紧轴2-10的主要作用是在轴向运动过程中推动第一连接杆2-17、第二连接杆2-18，从而使得第一连接杆2-17、第二连接杆2-18可有规律的扩展与收缩；所述第一弹簧2-14的主要作用是在对接完成后使得第一连接杆2-17、第二连接杆2-18具有持续推力，从而完成预紧；开口销2-19、连接轴2-20、锁紧环2-21的主要作用是固定第一连接杆2-17、第二连接杆2-18以及后固定套筒2-16；对接帽2-22的主要功能是降低对接过程中的刚性碰撞冲击；主动对接装置3-1的主要功能是将已完成搭载的电器搭载装置3-2与目标航天器的电器被动对接装置进行二次定位；所述被动对接接口3-7的主要功能是搭载目标对应的电器接口组件；二级浮动接口3-4、第二弹簧3-5、第三弹簧3-6的主要作用是形成X、Y、Z三个方向的浮动量，实现二级浮动对接从而适应电器元件接口处的对接精度要求；浮动接口外壳3-3的主要功能是将二级浮动对接装置固定于目标航天器处；货盘主承力架4-1的主要功能是负责搭载在轨可替换机构并预留搭载位置；托盘夹紧装置底板4-5、微型滚珠直线导轨4-6、滑块4-7、微型丝杠4-9的主要功能是带动托盘夹紧板4-4沿微型丝杠4-9轴向方向运动，从而实现在轨可替换机构的夹紧；夹紧柔性缓冲体4-2的作用是防止在轨可替换机构在货盘组件中发生过定位现象，其材料可压缩的特性可保证在夹紧在轨可替换机构的同时不损伤主体结构；托盘导轨4-10的主要作用是配合在轨可替换机构上的导轨滑块1-6，从而实现在轨可替换机构安装于货盘组件时的导向与定位。

所述壳体前板、电机固定板、中层固定板以及上层固定板之间存在较大自由空间，该空间的主要作用是根据不同在轨任务要求搭载不同类型的在轨可替换机构内部工作器件；

所述机械主动对接锁紧组件2共计三套，其空间位置在壳体前板1-2处呈等边三角形分布，主动对接装置3-1的空间位置位于壳体前板中心；

所述机械主动对接锁紧组件2中对接帽2-22采用弹性材料，可尽量避免对接过程所产生的刚性冲击，同时目标航天器被动对接口设有凹槽结构，可限制机械主动对接锁紧组件的转动自由度；

所述的微型丝杠及丝杠螺母装置均具备反行程自锁性能，可保证在非运动状态下在轨可替换机构保证稳定姿态，不会因发射等随机振动而产生解体；

所述电器搭载装置3-2可根据不同可替换机构功能要求对所搭载电器进行更换，在对接过程中，机械主动对接锁紧组件2中的对接帽2-22将完成第一次导向对接，之后主动对接装置3-1的对接导销会先与二级浮动接口3-4外壁所开设的锥孔配合，随后在导销、第二弹簧3-5、第三弹簧3-6的作用下实现被动电器接口自适应主动对接装置的空间位置，以实现二级浮动对接；

所述在轨可替换机构搭载货盘组件中任意可替换机构存储位置均设有与机械主动对接锁紧组件2配合的被动式锁紧口，且在可替换机构锁紧状态下，通过机械臂调节机械手适配器4-8可实现夹紧柔性缓冲体抱紧可替换机构，从而实现可替换机构稳定固定在货盘组件上并有效吸收振动；

如图7所示，本发明同时设计用于目标航天器处的锁紧导向装置，该装置共计3个分别安装于目标航天器的对接面板处；位于目标航天器对接面板后端的表面具有与锁紧轴2-10配合的凹槽，从而提高在轨可替换机构锁紧性并限制其自由度。

本发明的工作过程如下：

如图6所示，在轨可替换机构在非工作状态下第一连接杆2-17、第二连接杆2-18处于扩展状态，从而限制在轨可替换机构无法通过锁紧孔，此时货盘组件的托盘夹紧板4-4处于夹紧状态；当需要在轨可替换机构进行工作时，机械臂首先会与货盘装置4中的机械手适配器4-8配合从而带动微型丝杠4-9解锁，使得托盘夹紧板4-4解锁，此时在轨可替换机构在托盘导轨4-10的作用下不会发生脱离，之后机械臂将与在轨可替换机构的被动夹持装置1-5配合，此时在轨可替换机构内部电机2-1通电；在内部电机2-1正转的作用下，内移动爪2-9带动锁紧轴2-10向前移动，从而使得第一连接杆2-17、第二连接杆2-18从扩展状态变为收缩状态，此时货盘装置4的锁紧孔将不再限制在轨可替换机构的运动，从而在机械臂的作用下完成在轨可替换机构的转场工作；当在轨可替换机构完成转场工作并达到与目标航天器对接的初始位置，在机械臂的进一步推动作用下，对接帽2-22会产生导向作用，使得机械主动对接锁紧组件2进入目标航天器的锁紧孔内，此时电机进行反转操作，使得第一连接杆2-17、第二连接杆2-18从收缩状态变回扩展状态，从而在锁紧孔的作用下限制并锁紧在轨可替换机构的空间位置；在对接过程中，第一连接杆2-17、第二连接杆2-18会不断产出拉近作用，由于机械对接误差较大，在对接过程中二级浮动导向会根据实际对接情况在弹簧的作用下自适应空间对接误差，从而实现目标对接端在主动对接端的二级导销作用下完成随动对接；当在轨可替换机构需完成从目标航天器到货盘组件转场工作时，其工作流程与前述一致。

本发明未详细说明的部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，包括：外壳体及货物搭载组件(1)、机械主动对接锁紧组件(2)及双级浮动电器接口组件(3)；

所述双级浮动电器接口组件(3)包括主动对接部分和被动对接部分；主动对接部分设置在外壳体及货物搭载组件(1)的外壳上，被动对接部分设置在被动对接航天器上，主动对接部分和被动对接部分相配合实现电器接口对接；机械主动对接锁紧组件(2)的对接锁紧机构安装在外壳体及货物搭载组件(1)上，机械主动对接锁紧组件(2)通过电机驱动丝杠螺母结构，带动对接锁紧机构的连杆结构伸缩，使对接锁紧机构与外部带有锁紧孔的装置实现对接和锁定。

2.根据权利要求1所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，所述外壳体及货物搭载组件(1)包括壳体侧板(1-1)、壳体前板(1-2)、壳体后板(1-3)、连接角铁(1-4)、被动夹持装置(1-5)、导轨滑块(1-6)、辅助光点(1-7)、电机固定板(1-8)、中层固定板(1-9)以及上层固定板(1-10)；壳体侧板(1-1)通过连接角铁(1-4)与壳体前板(1-2)、壳体后板(1-3)连接装配形成方形壳体；所述被动夹持装置(1-5)固定于壳体后板(1-3)中心位置；所述辅助光点(1-7)分别固定于壳体后板(1-3)的各顶点处；所述电机固定板(1-8)、中层固定板(1-9)以及上层固定板(1-10)均通过壳体侧板(1-1)内侧滑槽固定在方形壳体的内部空间中；所述导轨滑块(1-6)安装在壳体侧板(1-1)上。

3.根据权利要求2所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，所述机械主动对接锁紧组件(2)包括电机(2-1)、联轴器(2-2)、丝杠固定装置(2-3)、整体锁紧丝杠(2-4)、固定螺母(2-5)、运动螺母(2-6)、轴环(2-7)、固定法兰盘(2-8)、内移动爪(2-9)和对接锁紧机构；

电机(2-1)固定于电机固定板(1-8)上，电机(2-1)输出轴通过联轴器(2-2)与整体锁紧丝杠装置(2-4)配合连接；所述丝杠固定装置(2-3)安装在中层固定板(1-9)上，内部通过轴环(2-7)、轴承与两侧的整体锁紧丝杠装置(2-4)的轴肩、固定螺母(2-5)配合安装，实现整体锁紧丝杠装置(2-4)单侧轴向定位；所述整体锁紧丝杠(2-4)的螺纹段与运动螺母(2-6)配合安装，运动螺母(2-6)连接固定于内移动爪(2-9)中心处；所述内移动爪(2-9)的三个顶点分别与对接锁紧机构配合固定；所述固定法兰盘(2-8)固定在上层固定板(1-10)上，整体锁紧丝杠(2-4)通过轴承、弹簧垫圈与固定法兰盘(2-8)配合安装。

4.根据权利要求3所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，所述对接锁紧机构包括锁紧轴(2-10)、锁紧盖(2-11)、锁紧套筒(2-12)、锁紧轴套(2-13)、第一弹簧(2-14)、前固定套筒(2-15)、后固定套筒(2-16)、第一连接杆(2-17)、第二连接杆(2-18)、开口销(2-19)、连接轴(2-20)、锁紧环(2-21)以及对接帽(2-22)，三个锁紧轴(2-10)呈等边三角形分别安装在内移动爪(2-9)上，锁紧轴(2-10)安装在前固定套筒(2-15)、后固定套筒(2-16)、锁紧盖(2-11)及锁紧轴套(2-13)内；所述锁紧套筒(2-12)内部与锁紧轴套(2-13)轴配合并设有限位部分，锁紧轴套(2-13)的侧壁内部开设有放置第一弹簧(2-14)的空间；所述第一弹簧(2-14)底部放置于锁紧盖(2-11)内部凹槽并安装于锁紧轴套(2-13)的侧壁内部空间中，锁紧套筒(2-12)一端与锁紧盖(2-11)固定，前固定套筒(2-15)、后固定套筒(2-16)分别安装在锁紧盖(2-11)、锁紧套筒(2-12)和锁紧轴套(2-13)构成的伸缩结构两侧；所述第一连接杆(2-17)关于锁紧轴(2-10)对称布置，第一连接杆(2-17)一端通过连接轴(2-20)、开口销(2-19)与后固定套筒(2-16)转动连接，第一连接杆(2-17)另一端通过连接轴(2-20)、开口销(2-19)与第二连接杆(2-18)一端转动连接，第二连接杆(2-18)另一端通过连接轴(2-20)、开口销(2-19)与锁紧环(2-21)转动连接；所述锁紧环(2-21)与锁紧轴(2-10)同心配合并通过对接帽(2-22)固定；锁紧套筒(2-12)安装在壳体前板(1-2)上的安装孔中。

5.根据权利要求1所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，所述主动对接部分包括主动对接装置(3-1)、电器搭载装置(3-2)；电器搭载装置(3-2)固定于主动对接装置(3-1)中，电器搭载装置(3-2)上设有按需装载的电器预留固定位；所述主动对接装置(3-1)安装于壳体前板(1-2)中心位置，位于三组对接锁紧机构中心位置；主动对接装置(3-1)端部设有对接杆。

6.根据权利要求5所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构，其特征在于，所述被动对接部分包括浮动接口外壳(3-3)、二级浮动接口(3-4)、第二弹簧(3-5)、第三弹簧(3-6)、被动对接接口(3-7)；所述浮动接口外壳(3-3)固定于被动对接航天器处，浮动接口外壳(3-3)内壁开设有若干条固定第二弹簧(3-5)的纵向内槽，浮动接口外壳(3-3)底部开设有固定第三弹簧(3-6)的内安装槽；所述二级浮动接口(3-4)外壁与第二弹簧(3-5)进行固定，浮动接口外壳(3-3)内壁和二级浮动接口(3-4)外壁间设有第二弹簧(3-5)，二级浮动接口(3-4)底部安装第三弹簧(3-6)，二级浮动接口(3-4)上部设有与主动对接装置(3-1)对接杆配合的锥孔；所述被动对接接口(3-7)安装在二级浮动接口(3-4)内部，同时被动对接接口(3-7)开设有与电器搭载装置(3-2)接口相匹配的电器预留固定位。

7.一种双级浮动对接式在轨可替换机构搭载货盘装置，其特征在，包括如权利要求1～6任一所述的双级浮动对接式在轨可替换机构、货盘主承力架(4-1)、夹紧柔性缓冲体(4-2)、固定端轴承座(4-3)、托盘夹紧板(4-4)、托盘夹紧装置底板(4-5)、微型滚珠直线导轨(4-6)、滑块(4-7)、机械手适配器(4-8)、微型丝杠(4-9)以及托盘导轨(4-10)；

货盘主承力架(4-1)的任意搭载面均具有所述的双级浮动对接式在轨可替换机构的存储位置，每个存储位置的侧壁上均设置与所述机械主动对接锁紧组件(2)的对接锁紧机构相配合的锁紧孔，各存储位置中均设置收纳结构，收纳结构用于夹紧双级浮动对接式在轨可替换机构并提供导向。

8.根据权利要求7所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构搭载货盘装置，其特征在于，所述收纳结构包括：托盘夹紧装置底板(4-5)、固定端轴承座(4-3)、微型滚珠直线导轨(4-6)、滑块(4-7)、机械手适配器(4-8)、微型丝杠(4-9)和托盘导轨(4-10)；

所述托盘夹紧装置底板(4-5)固定于存储位置底面上，固定端轴承座(4-3)、微型滚珠直线导轨(4-6)安装在托盘夹紧装置底板(4-5)，固定端轴承座(4-3)设置在微型滚珠直线导轨(4-6)一端；所述滑块(4-7)分别设置在托盘夹紧板(4-4)下方，并与微型滚珠直线导轨(4-6)配合；所述微型丝杠(4-9)通过一对微型螺母与左右两边的托盘夹紧板(4-4)连接，其一端端部通过轴销、开口销与机械手适配器(4-8)进行连接，另一端端部固定在固定端轴承座(4-3)上；所述托盘导轨(4-10)固定于每一个存储位置顶面。

9.根据权利要求8所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构搭载货盘装置，其特征在于，所述收纳结构还包括：夹紧柔性缓冲体(4-2)；所述夹紧柔性缓冲体(4-2)通过粘贴固定于托盘夹紧板(4-4)表面以及每一个存储位置内表面。

10.根据权利要求9所述的一种双级浮动对接式在轨可替换机构搭载货盘装置，其特征在于，所述双级浮动对接式在轨可替换机构在非工作状态下第一连接杆(2-17)、第二连接杆(2-18)处于扩展状态，此时托盘夹紧板(4-4)处于夹紧状态；当所述双级浮动对接式在轨可替换机构工作时，机械臂与机械手适配器(4-8)配合，带动微型丝杠(4-9)解锁，使得托盘夹紧板(4-4)解锁，此时所述双级浮动对接式在轨可替换机构在托盘导轨(4-10)的作用下不会发生脱离；机械臂与被动夹持装置(1-5)配合，此时电机(2-1)通电；在电机(2-1)正转的作用下，内移动爪(2-9)带动锁紧轴(2-10)向前移动，使得第一连接杆(2-17)、第二连接杆(2-18)从扩展状态变为收缩状态，此时货盘装置(4)的锁紧孔不再限制所述双级浮动对接式在轨可替换机构的运动，机械臂将所述双级浮动对接式在轨可替换机构从货盘主承力架(4-1)的存储位置中移出；

当所述双级浮动对接式在轨可替换机构达到与目标航天器对接的初始位置，在机械臂的推动作用下，对接帽(2-22)产生导向作用，使得对接锁紧机构端部进入目标航天器的锁紧孔内，此时电机(2-1)进行反转操作，使得第一连接杆(2-17)、第二连接杆(2-18)从收缩状态变回扩展状态，与锁紧孔锁紧，同时双级浮动电器接口组件(3)的主动对接部分和被动对接部分实现对接。