CN117508669A - 一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构及方法，属于非合作目标卫星专用的在轨服务技术领域。解决传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，影响对接过程的可靠性与安全性的问题。包括运动单元、支撑单元、捕获单元和抓捕手单元，运动单元、抓捕手单元安装在支撑单元上，运动单元与捕获单元连接，捕获单元的侧面设置有抓捕手单元，捕获单元与目标星建立配合。本发明避免了传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，使用可以吸收碰撞冲击的柔性杆结构，提高了对接过程的可靠性与安全性。

Description

一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构及方法

技术领域

本发明涉及一种空间可伸缩柔性捕获机构及方法，属于非合作目标卫星专用的在轨服务技术领域。

背景技术

近些年由于人类对太空的探索不断深入，发射至地球轨道的卫星不断增多，这些卫星都在占据地球轨道资源，再加上火箭残骸以及太空事故产生的空间碎片，地球轨道资源日益紧张，因此如何利用有限的轨道资源做出更大的收益成为难题。目前的研究主题有两大研究方向：一是针对航天器的在轨服务，延长航天器的使用寿命；二是针对空间碎片进行清理，以便尽可能腾出空间碎片所占据的地球轨道资源。在轨服务是指针对那些发生故障如太阳能帆板和通信天线展开失败等或燃料耗尽但其他元件仍能正常工作或需要维护及更换元件的航天器，通过在轨服务让目标航天器能够继续运行来降低航天技术可避免成本。在轨服务的一项关键技术就是空间非合作目标捕获技术。空间非合作目标是指没有安装通讯应答机或其他传感器的空间目标，其他航天器不能通过发射信号等方式实现对此类目标的识别或定位。随着商业航天的兴起，对非合作目标对接领域的研究也越来越受到各国的重视。非合作目标一般包括己方未安装合作部件的卫星、己方装有合作部件但燃料耗尽或发生故障的卫星、空间碎片及非己方航天器。传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，影响对接过程的可靠性与安全性。

因此，亟需提出一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构及方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，影响对接过程的可靠性与安全性的问题，提供一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构及方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，包括运动单元、支撑单元、捕获单元和抓捕手单元，运动单元、抓捕手单元安装在支撑单元上，运动单元与捕获单元连接，捕获单元的侧面设置有抓捕手单元，捕获单元与目标星建立配合。

优选的：所述运动单元包括回转转台、回转支座、回转电机、第一滑块、第一滑道和第一电机，所述回转支座的底面与侧面垂直，回转支座的底面与支撑单元连接，回转支座的侧面与回转转台连接，回转电机与回转支座连接，回转电机驱动回转台转动，回转转台与第一滑道连接，第一滑道与第一滑块滑动连接，第一电机驱动第一滑块沿第一滑道平动。

优选的：所述捕获单元包括连接与分离组件、柔性杆组件和导向头组件，运动单元的第一滑块与连接与分离组件建立连接，柔性杆组件设置在连接与分离组件内，柔性杆组件的端部与导向头组件连接，导向头组件用于与目标星建立配合。

优选的：所述连接与分离组件包括第二电机、轴承、保持架、外壳、浮头、分离弹簧、直线轴承和支撑架，运动单元的第一滑块与外壳连接，第二电机固定设置在外壳内，保持架的一端与第二电机的输出端连接，保持架的一端与外壳通过轴承连接，保持架内腔中部设置有轴承，保持架的另一端与浮头连接，保持架通过两侧的直线轴承设置在支撑架内部，支撑架与浮头连接，分离弹簧的两端分别与保持架、浮头连接。

优选的：所述柔性杆组件包括第三丝母、第三电机、滑杆、限位结构、第三丝杆和弹性结构，保持架中部的轴承与限位结构内圈过盈配合，限位结构外圈与保持架过盈配合，第三丝杆通过轴承安装在保持架内，第三电机通过螺栓安装在外壳内部，第三电机的输出端与第三丝杆连接，限位结构上加工有若干滑孔，第三丝母与第三丝杆螺纹连接，第三丝母与滑杆的一端固定连接，滑杆的另一端穿过滑孔与弹性结构连接。

优选的：所述弹性结构包括弹簧装夹杆、柔性复位弹簧、凯夫拉绳、锁紧套、弯曲弹簧和弯曲弹簧恢复垫圈，滑杆的端部与弹簧装夹杆，弹簧装夹杆上套装有柔性复位弹簧和锁紧套，柔性复位弹簧的两端分别与弹簧装夹杆一端、锁紧套连接，弹簧装夹杆与锁紧套滑动连接，锁紧套的端部固定连接有弯曲弹簧恢复垫圈，凯夫拉绳的两端与弯曲弹簧恢复垫圈、限位结构连接，弯曲弹簧的一端与弹簧装夹杆另一端连接。

优选的：所述导向头组件包括导向头外壳、卡爪、连杆、卡爪复位弹簧和第四电机，所述第四电机与弯曲弹簧的另一端、导向头外壳连接，导向头外壳具有内腔，导向头外壳的内腔安装有顺次布置的卡爪复位弹簧、连杆、卡爪，第四电机的输出端通过卡爪复位弹簧与连杆的一端轴连接，连杆的另一端与卡爪的中部轴连接，卡爪的一端与导向头外壳轴连接，导向头外壳侧壁与卡爪对应位置加工有开口，卡爪的另一端通过开口伸出。

优选的：所述抓捕手单元包括第二滑道、第四丝杆、第五电机和活动抓手，周向布置在若干所述第二滑道与支撑单元连接，所述第二滑道与活动抓手滑动连接，所述第二滑道与第三丝杆平行设置，且第三丝杆通过轴承座与第二滑道连接，第三丝杆与活动抓手螺纹连接，第五电机输出端与第三丝杆连接，第五电机与第二滑道螺栓连接。

优选的：所述运动单元还包括支撑型材、回转台底板、第一微动开关和电机支撑架，所述回转转台与回转台底板螺栓连接，回转台底板与支撑型材螺栓连接，支撑型材与第一滑道螺栓连接，第一微动开关与支撑型材连接，第一电机通过电机支撑架与第一滑道连接；

所述连接与分离组件还包括柔性捕获机构底板、第二驱动齿轮组、第二微动开关，限位杆、环形滑道、内筒、球锁、浮头支撑杆、弯曲弹簧支撑架和第三微动开关，所述第一滑块通过柔性捕获机构底板与外壳螺栓连接，第二微动开关与支撑架连接，支撑架侧壁设置有轴向滑孔，限位杆穿过轴向滑孔与环形滑道滑动连接，所述保持架外壁通过直线轴承与支撑架连接，支撑架上安装有第三微动开关，支撑架的端部与弯曲弹簧支撑架螺栓连接，内筒与弯曲弹簧支撑架连接，且内筒套装在保持架的端部，分离弹簧的两端分别与浮头、弯曲弹簧支撑架连接，浮头通过浮头支撑杆与支撑架连接，内筒侧壁设置有与球锁配合的开口，浮头的内壁设置有与球锁配合的半球槽，保持架端部的端部设置有与球锁配合的安装槽；

所述柔性杆组件包括第三驱动齿轮组和导向头尾部，第三电机通过第三驱动齿轮组与第三丝杆连接，弯曲弹簧通过导向头尾部与第四电机连接；

所述导向头组件还包括丝杠组件和电机外壳，第四电机通过螺栓设置在电机外壳内，弯曲弹簧通过导向头尾部与电机外壳一端螺栓连接，电机外壳另一端与导向头外壳螺栓连接，两个对称设置的连杆与卡爪复位弹簧的端部轴连接，第四电机通过丝杆组件与卡爪复位弹簧连接；

所述抓捕手单元还包括固定抓手、缓冲单元和第三驱动齿轮组，固定抓手与第二滑道螺栓连接，活动抓手、固定抓手的侧面设置有缓冲单元，第五电机通过第三驱动齿轮组与第五丝杆连接，所述活动抓手为L型，固定抓手为丨型，活动抓手与目标星的内壁建立配合，固定抓手为丨型与目标星的外壁建立配合。

一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获方法，包括以下步骤：

步骤一：调姿捕获过程；

通过第一滑块带动捕获单元实现径向位移调节，通过回转转台实现周向位移调节；第三丝母在滑孔的限位作用下使滑杆带动弹性结构运动；抓捕手单元卡爪完全打开，导向头组件的锁紧套在凯夫拉绳的拉力作用下与弹簧装夹杆发生相对位移，使柔性复位弹簧被压缩，弯曲弹簧伸出，并带动导向头组件向目标星喉管移动，导向头组件在穿过喉管的过程中，卡爪的另一端受到压力，卡爪收回，使卡爪复位弹簧被压缩，穿过喉管时，卡爪复位弹簧势能释放，卡爪伸出，第二丝母带动滑杆动作，实现柔性捕获机构收回并拖动目标星接近对接装置，完成捕获；

步骤二：对接过程；活动抓手向固定抓手方向运动并抓紧目标星，目标星与本发明完成对接；

步骤三：释放过程：第四电机拉动连杆，使连杆收回，抓捕手单元卡爪完全打开，分离弹簧推动目标星，完成目标星的释放。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明在对接初始阶段具备较大的容差能力；

2.本发明合理利用了目标卫星喷管装置，不需要设置特殊的对接接口，具有较强的非合作目标自适应性；

3.本发明避免了传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，使用可以吸收碰撞冲击的柔性杆结构，提高了对接过程的可靠性与安全性。

附图说明

图1是一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构的总装图；

图2是运动单元的结构示意图；

图3是一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构的局部示意图；

图4是连接与分离组件的剖视图；

图5是图4的局部放大图；

图6是一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构的局部剖视图；

图7是连接与分离组件的剖视图；

图8是连接与分离组件的局部示意图；

图9是柔性杆组件的伸出示意图；

图10是柔性杆组件的收回示意图；

图11是弹性结构收回示意图；

图12是弹性结构伸出示意图；

图13是导向头组件的机构示意图；

图14是抓捕手单元的结构示意图；

图15是抓捕手单元的立体图；

图16是一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构的原理图。

图中，101-运动单元，102-支撑单元，103-捕获单元，104-抓捕手单元，105-目标星，211-支撑型材，212-回转台底板，213-回转转台，214-回转支座，215-回转电机，216-第一滑块，217-第一微动开关，218-第一滑道，219-电机支撑架，220-第一电机，202-连接与分离组件，203-柔性杆组件，204-导向头组件，221-柔性捕获机构底板，222-第二电机，223-第二驱动齿轮组，226-保持架，227-第二微动开关，2210-限位杆，2211-环形滑道，2212-外壳，2281-浮头，2282-内筒，2283-球锁，2284-分离弹簧，2285-浮头支撑杆，2286-弯曲弹簧支撑架，2287-第三微动开关，2288-直线轴承，2289-支撑架，230-第三丝母，231-第三电机，232-第三驱动齿轮组，233-滑杆，234-限位结构，238-导向头尾部，239-第三丝杆，2352-弹簧装夹杆，2353-柔性复位弹簧，2354-凯夫拉绳，2355-锁紧套，2356-弯曲弹簧，2357-弯曲弹簧恢复垫圈，241-导向头外壳，242-卡爪，243-连杆，244-卡爪复位弹簧，245-丝杠组件，246-第四电机，247-电机外壳，301-固定抓手，302-缓冲单元，303-第二滑道，304-第四丝杆，305-第三驱动齿轮组，306-第五电机，307-活动抓手。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

具体实施方式一：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，包括运动单元101、支撑单元102、捕获单元103和抓捕手单元104，运动单元101、抓捕手单元104安装在支撑单元102上，运动单元101与捕获单元103连接，捕获单元103的侧面设置有抓捕手单元104，捕获单元103与目标星105建立配合；本发明合理利用了目标卫星喷管装置，不需要设置特殊的对接接口，具有较强的非合作目标自适应性。

具体实施方式二：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述运动单元101包括回转转台213、回转支座214、回转电机215、第一滑块216、第一滑道218和第一电机220，所述回转支座214的底面与侧面垂直，回转支座214的底面与支撑单元102的一侧螺栓连接，回转支座214的侧面与蜗轮转动连接，回转支座214的侧面通过轴承座与蜗杆连接，蜗轮与蜗杆啮合，蜗轮与回转转台213固定连接，回转电机215与回转支座214螺栓连接，回转电机215的输出端与蜗杆连接，用于驱动回转台213转动，回转转台213与第一滑道218螺栓连接，第一滑道218与第一滑块216滑动连接，第一滑道218与第一丝杆通过轴承座连接，第一滑道218与第一丝杆平行设置，第一滑道218与第一电机220螺栓连接，第一滑块216上加工有第一螺纹孔，第一滑块216与第一丝杆通过螺纹孔连接，第一电机220的输出端与第一丝杆连接，驱动第一滑块216沿第一滑道218平动。

具体实施方式三：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述捕获单元103包括连接与分离组件202、柔性杆组件203和导向头组件204，运动单元101的第一滑块216与连接与分离组件202建立连接，柔性杆组件203设置在连接与分离组件202内，柔性杆组件203的端部与导向头组件204连接，导向头组件204用于与目标星105建立配合。

具体实施方式四：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述连接与分离组件202包括第二电机222、轴承225、保持架226、外壳2212、浮头2281、分离弹簧2284、直线轴承2288和支撑架2289，保持架226、支撑架2289均为圆管型，运动单元101的第一滑块216与外壳2212螺栓连接，第二电机222固定设置在外壳2212内，保持架226的一端与第二电机222的输出端连接，保持架226的一端与外壳223通过轴承225连接，保持架226内腔中部设置有轴承，保持架226的另一端与浮头2281连接，保持架226通过两侧的直线轴承2288设置在支撑架2289内部，支撑架2289与浮头2281连接，分离弹簧2284的两端分别与保持架226、浮头2281连接，浮头2281与目标星的喷管仿形设计，可纠正其位置，分离弹簧2284收回时防止晃动，分离使可提供部分推力，保持架226与三个抓捕手单元104的安装面垂直布置；本发明避免了传统对接机构捕获过程中较大的轴向碰撞冲击，使用可以吸收碰撞冲击的柔性杆结构，提高了对接过程的可靠性与安全性。

具体实施方式五：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述柔性杆组件203包括第三丝母230、第三电机231、滑杆233、限位结构234、第三丝杆239和弹性结构，保持架226中部的轴承与限位结构234内圈过盈配合，限位结构234外圈与保持架226过盈配合，第三丝杆239通过轴承安装在保持架226内，第三电机231通过螺栓安装在外壳2212内部，第三电机231的输出端与第三丝杆239连接，限位结构234上加工有若干轴向滑孔，第三丝母230与第三丝杆239螺纹连接，第三丝母230与滑杆233的一端固定连接，滑杆233的另一端穿过滑孔与弹性结构连接。

具体实施方式六：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述弹性结构包括弹簧装夹杆2352、柔性复位弹簧2353、凯夫拉绳2354、锁紧套2355、弯曲弹簧2356和弯曲弹簧恢复垫圈2357，滑杆233的端部与弹簧装夹杆2352，弹簧装夹杆2352上套装有柔性复位弹簧2353和锁紧套2355，柔性复位弹簧2353的两端分别与弹簧装夹杆2352一端、锁紧套2355连接，弹簧装夹杆2352与锁紧套2355滑动连接，锁紧套2355的端部固定连接有弯曲弹簧恢复垫圈2357，凯夫拉绳2354的两端与弯曲弹簧恢复垫圈2357、限位结构234连接，弯曲弹簧2356的一端与弹簧装夹杆2352另一端连接，弯曲弹簧2356的另一端与第四电机246连接；在柔性复位弹簧2353、弯曲弹簧2356向右运动时，凯夫拉绳拉紧锁紧套2355压缩柔性杆复位弹簧2354，锁紧套2355与弹簧装夹杆2352产生相对位移，使弯曲弹簧2356从锁紧套2355内伸出，在收回时柔性杆复位弹簧2354的弹性势能释放，使弯曲弹簧2356收回到锁紧套2355内；本发明在对接初始阶段具备较大的容差能力。

具体实施方式七：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述导向头组件204包括导向头外壳241、卡爪242、连杆243、卡爪复位弹簧244和第四电机246，所述第四电机246与弯曲弹簧237的另一端、导向头外壳241固定连接，导向头外壳241具有内腔，导向头外壳241的内腔安装有顺次布置的卡爪复位弹簧244、连杆243、卡爪242，第四电机246可为直线电机，第四电机246的输出端通过卡爪复位弹簧244与连杆243的一端轴连接，连杆243的另一端与卡爪242的中部轴连接，卡爪242的一端与导向头外壳241轴连接，导向头外壳241侧壁与卡爪242对应位置加工有开口，卡爪242的另一端通过开口伸出。

具体实施方式八：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述抓捕手单元104包括第二滑道303、第四丝杆304、第五电机306和活动抓手307，周向布置在若干所述第二滑道303与支撑单元102的另一侧螺栓连接，所述第二滑道303通过固定在活动抓手307上的第二滑块与活动抓手307滑动连接，所述第二滑道303与第四丝杆304平行设置，且第四丝杆304通过轴承座与第二滑道303连接，第四丝杆304与活动抓手307上的第二滑块螺纹连接。

具体实施方式九：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，所述运动单元101还包括支撑型材211、回转台底板212、第一微动开关217和电机支撑架219，所述回转转台213与回转台底板212螺栓连接，回转台底板212与支撑型材211螺栓连接，支撑型材211与第一滑道218螺栓连接，第一微动开关217与支撑型材211连接，第一电机220通过电机支撑架219与第一滑道218连接；

所述连接与分离组件202还包括柔性捕获机构底板221、第二驱动齿轮组223、第二微动开关227，限位杆2210、环形滑道2211、内筒2282、球锁2283、浮头支撑杆2285、弯曲弹簧支撑架2286和第三微动开关2287，所述第一滑块216通过柔性捕获机构底板221与外壳2212螺栓连接，第二微动开关227与支撑架2289连接，支撑架2289侧壁设置有轴向滑孔，限位杆2210穿过轴向滑孔与环形滑道2211滑动连接，所述保持架226外壁通过直线轴承2288与支撑架2289连接，支撑架2289上安装有第三微动开关2287，支撑架2289的端部与弯曲弹簧支撑架2286螺栓连接，内筒2282与弯曲弹簧支撑架2286连接，且内筒2282套装在保持架226的端部，分离弹簧2284的两端分别与浮头2281、弯曲弹簧支撑架2286连接，浮头2281通过浮头支撑杆2285与支撑架2289固定连接，内筒2282侧壁设置有与球锁2283配合的开口(球窝)，浮头2281的内壁设置有与球锁2283配合的半球槽，保持架226端部的端部设置有与球锁2283配合的安装槽；在柔性杆完成对被动端的捕获、精确校姿后，尾喷锥体推动锥形浮头2281压缩分离弹簧2284，压缩到位后，尾喷锥体上的球窝与保持架通孔同心；随后第二电机222驱动内筒2282微量转动，将球锁2283压入球窝并对其限位，球锁2283处于保持架2286与浮头2281之间，此时被动端与主动端完成刚性连接；需要分离时，套筒向右滑动，球锁2283被压回内筒上的球窝，不对被动端限位，被动星在弹簧的作用下完成分离；

所述柔性杆组件203包括第三驱动齿轮组232和导向头尾部238，第三电机231通过第三驱动齿轮组232与第三丝杆239连接，弯曲弹簧2356通过导向头尾部238与第四电机246连接；设置在锁紧套2355内侧的弯曲弹簧2356的一端与弹簧装夹杆2353固定连接，弯曲弹簧2356的另一端通过导向头尾部238与第四电机246连接；捕获过程中，第二丝杆239带动柔性杆复位弹簧2354伸出后，凯夫拉绳拉动锁紧套2355及弯曲弹簧复位垫圈2357，弯曲弹簧2356露出，柔性杆具有变形捕获能力，同时锁紧垫圈2357压缩导柔性杆复位弹簧2353，当柔性杆需要恢复刚性时，松开拉绳，被压缩的柔性杆复位弹簧2353将锁紧套2355与弯曲弹簧复位垫圈2357弹回至导向头尾2358处；

所述导向头组件204还包括丝杠组件245和电机外壳247，第四电机246通过螺栓设置在电机外壳247内，弯曲弹簧237通过导向头尾部238与电机外壳247一端螺栓连接，电机外壳247另一端与导向头外壳241螺栓连接，卡爪复位弹簧244的端部设置有轴承座，两个对称设置的连杆243与轴承座轴连接，第四电机246通过丝杆组件245与卡爪复位弹簧244连接；丝杠组件245具有方形丝母和丝杆，导向头外壳241具有方形内腔，方形丝母与方形内腔滑动连接，方形丝母与丝杆螺纹连接，丝杆与第四电机246连接，方形丝母与卡爪复位弹簧244连接；

所述抓捕手单元104还包括固定抓手301、缓冲单元302和第三驱动齿轮组305，固定抓手301与第二滑道303螺栓连接，活动抓手307、固定抓手301的侧面设置有缓冲单元302，第五电机306通过第三驱动齿轮组305与第五丝杆304连接，所述活动抓手307为L型，固定抓手301为丨型，活动抓手307与目标星105的内壁建立配合，固定抓手301为丨型与目标星105的外壁建立配合；三个抓捕手单元104撑紧状态类似机床三爪卡盘原理，根据对接环内翻边尺寸大的结构特点，采用内部手爪向外撑的方案；可在外撑过程中在径向上提前与对接环内翻边重叠，完成目标星捕获；轴向上采用阶梯结构，实现锁紧后轴向定位。

具体实施方式十：结合图1-16说明本实施方式，本实施方式的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获方法，采用所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，安装与追踪航天器与目标航天器的主动端，提供一种在轨服务捕获机构，以一定程度上解决非合作目标卫星对接困难的问题，主要针对非合作目标进行捕获锁紧，以便进行后续的维修、更换零件、补充燃料等服务，包括以下步骤：

步骤一：调姿捕获过程；

当需要对接的两个航天器相对的位置和姿态进入对接范围后，接到地面准备指令，运动单元调整位置，即通过第一滑块216带动捕获单元103实现径向位移调节，通过回转转台213实现轴向位移调节，调节范围广；柔性捕获机构单元(捕获单元)伸出，即第三丝母230在滑孔的限位作用下使滑杆233带动弹性结构运动；等待抓捕指令，抓捕手单元卡爪完全打开，等待锁紧指令；接到抓捕指令，即弯曲弹簧2356通过保持架226另一端的避让孔伸出，带动导向头组件204运动，其与喷管内壁的接触，继续伸出，导向头组件204在穿过喉管，在地面试验时，保证其具有一定的柔性的基础上，可减小弹簧受到的重力影响，保障实验的顺利进行和结果的准确性，提高效率，导向头组件204在穿过喉管的过程中，卡爪242的另一端受到压力，卡爪242收回，使卡爪复位弹簧244被压缩，穿过喉管时，卡爪复位弹簧244势能释放，卡爪242伸出，使柔性捕获机构单元进入目标星喷管喉管位置并锁紧喉管，第二丝母230带动滑杆233动作，实现柔性捕获机构收回并拖动目标星接近对接装置，在相机辅助作用下，捕获机构将目标星拖至指定锁紧位置，完成捕获；

步骤二：对接过程；捕获完成后，锁紧行程开关触发；待接到锁紧指令，抓捕手单元卡电机驱动丝杠带动手爪闭合，即活动抓手307向固定抓手301方向运动，在柔性杆完成对被动端的捕获、精确校姿后，尾喷锥体推动锥形浮头压缩分离弹簧，压缩到位后，尾喷锥体上的球窝与保持架通孔同心；随后锁紧电机驱动套筒向左滑动，将钢球压入球窝并对其限位，此时被动端与主动端完成刚性连接，即目标星与本发明完成对接；

步骤三：分离复位过程；接到分离指令后，抓捕手单元卡爪完全打开，柔性捕获机构单元导向头电机驱动丝杠带动卡爪收回，即卡爪242收回，柔性捕获机构单元连接与分离机构套筒向右滑动，钢球被压回套筒上的球窝，不对被动端限位，完成分离球锁锁紧状态解除，连接与分离机构中的分离弹簧推动目标星弹射分离，即分离弹簧2284推动目标星，完成目标星的释放。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：包括运动单元(101)、支撑单元(102)、捕获单元(103)和抓捕手单元(104)，运动单元(101)、抓捕手单元(104)安装在支撑单元(102)上，运动单元(101)与捕获单元(103)连接，捕获单元(103)的侧面设置有抓捕手单元(104)，捕获单元(103)与目标星(105)建立配合。

2.根据权利要求1所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述运动单元(101)包括回转转台(213)、回转支座(214)、回转电机(215)、第一滑块(216)、第一滑道(218)和第一电机(220)，所述回转支座(214)的底面与侧面垂直，回转支座(214)的底面与支撑单元(102)连接，回转支座(214)的侧面与回转转台(213)连接，回转电机(215)与回转支座(214)连接，回转电机(215)驱动回转台(213)转动，回转转台(213)与第一滑道(218)连接，第一滑道(218)与第一滑块(216)滑动连接，第一电机(220)驱动第一滑块(216)沿第一滑道(218)平动。

3.根据权利要求2所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述捕获单元(103)包括连接与分离组件(202)、柔性杆组件(203)和导向头组件(204)，运动单元(101)的第一滑块(216)与连接与分离组件(202)建立连接，柔性杆组件(203)设置在连接与分离组件(202)内，柔性杆组件(203)的端部与导向头组件(204)连接，导向头组件(204)用于与目标星(105)建立配合。

4.根据权利要求3所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述连接与分离组件(202)包括第二电机(222)、保持架(226)、外壳(2212)、浮头(2281)、分离弹簧(2284)、直线轴承(2288)和支撑架(2289)，运动单元(101)的第一滑块(216)与外壳(2212)连接，第二电机(222)固定设置在外壳(2212)内，保持架(226)的一端与第二电机(222)的输出端连接，保持架(226)的一端与外壳(223)通过轴承(225)连接，保持架(226)内腔中部设置有轴承，保持架(226)的另一端与浮头(2281)连接，保持架(226)通过两侧的直线轴承(2288)设置在支撑架(2289)内部，支撑架(2289)与浮头(2281)连接，分离弹簧(2284)的两端分别与保持架(226)、浮头(2281)连接。

5.根据权利要求4所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述柔性杆组件(203)包括第三丝母(230)、第三电机(231)、滑杆(233)、限位结构(234)、第三丝杆(239)和弹性结构，保持架(226)中部的轴承与限位结构(234)内圈过盈配合，限位结构(234)外圈与保持架(226)过盈配合，第三丝杆(239)通过轴承安装在保持架(226)内，第三电机(231)通过螺栓安装在外壳(2212)内部，第三电机(231)的输出端与第三丝杆(239)连接，限位结构(234)上加工有若干滑孔，第三丝母(230)与第三丝杆(239)螺纹连接，第三丝母(230)与滑杆(233)的一端固定连接，滑杆(233)的另一端穿过滑孔与弹性结构连接。

6.根据权利要求5所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述弹性结构包括弹簧装夹杆(2352)、柔性复位弹簧(2353)、凯夫拉绳(2354)、锁紧套(2355)、弯曲弹簧(2356)和弯曲弹簧恢复垫圈(2357)，滑杆(233)的端部与弹簧装夹杆(2352)，弹簧装夹杆(2352)上套装有柔性复位弹簧(2353)和锁紧套(2355)，柔性复位弹簧(2353)的两端分别与弹簧装夹杆(2352)一端、锁紧套(2355)连接，弹簧装夹杆(2352)与锁紧套(2355)滑动连接，锁紧套(2355)的端部固定连接有弯曲弹簧恢复垫圈(2357)，凯夫拉绳(2354)的两端与弯曲弹簧恢复垫圈(2357)、限位结构(234)连接，弯曲弹簧(2356)的一端与弹簧装夹杆(2352)另一端连接。

7.根据权利要求6所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述导向头组件(204)包括导向头外壳(241)、卡爪(242)、连杆(243)、卡爪复位弹簧(244)和第四电机(246)，所述第四电机(246)与弯曲弹簧(237)的另一端、导向头外壳(241)连接，导向头外壳(241)具有内腔，导向头外壳(241)的内腔安装有顺次布置的卡爪复位弹簧(244)、连杆(243)、卡爪(242)，第四电机(246)的输出端通过卡爪复位弹簧(244)与连杆(243)的一端轴连接，连杆(243)的另一端与卡爪(242)的中部轴连接，卡爪(242)的一端与导向头外壳(241)轴连接，导向头外壳(241)侧壁与卡爪(242)对应位置加工有开口，卡爪(242)的另一端通过开口伸出。

8.根据权利要求7所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述抓捕手单元(104)包括第二滑道(303)、第四丝杆(304)、第五电机(306)和活动抓手(307)，周向布置在若干所述第二滑道(303)与支撑单元(102)连接，所述第二滑道(303)与活动抓手(307)滑动连接，所述第二滑道(303)与第三丝杆(304)平行设置，且第三丝杆(304)通过轴承座与第二滑道(303)连接，第三丝杆(304)与活动抓手(307)螺纹连接，第五电机(306)输出端与第三丝杆(304)连接，第五电机(306)与第二滑道(303)螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，其特征在于：所述运动单元(101)还包括支撑型材(211)、回转台底板(212)、第一微动开关(217)和电机支撑架(219)，所述回转转台(213)与回转台底板(212)螺栓连接，回转台底板(212)与支撑型材(211)螺栓连接，支撑型材(211)与第一滑道(218)螺栓连接，第一微动开关(217)与支撑型材(211)连接，第一电机(220)通过电机支撑架(219)与第一滑道(218)连接；

所述连接与分离组件(202)还包括柔性捕获机构底板(221)、第二驱动齿轮组(223)、第二微动开关(227)，限位杆(2210)、环形滑道(2211)、内筒(2282)、球锁(2283)、浮头支撑杆(2285)、弯曲弹簧支撑架(2286)和第三微动开关(2287)，所述第一滑块(216)通过柔性捕获机构底板(221)与外壳(2212)螺栓连接，第二微动开关(227)与支撑架(2289)连接，支撑架(2289)侧壁设置有轴向滑孔，限位杆(2210)穿过轴向滑孔与环形滑道(2211)滑动连接，所述保持架(226)外壁通过直线轴承(2288)与支撑架(2289)连接，支撑架(2289)上安装有第三微动开关(2287)，支撑架(2289)的端部与弯曲弹簧支撑架(2286)螺栓连接，内筒(2282)与弯曲弹簧支撑架(2286)连接，且内筒(2282)套装在保持架(226)的端部，分离弹簧(2284)的两端分别与浮头(2281)、弯曲弹簧支撑架(2286)连接，浮头(2281)通过浮头支撑杆(2285)与支撑架(2289)连接，内筒(2282)侧壁设置有与球锁(2283)配合的开口，浮头(2281)的内壁设置有与球锁(2283)配合的半球槽，保持架(226)端部的端部设置有与球锁(2283)配合的安装槽；

所述柔性杆组件(203)包括第三驱动齿轮组(232)和导向头尾部(238)，第三电机(231)通过第三驱动齿轮组(232)与第三丝杆(239)连接，弯曲弹簧(2356)通过导向头尾部(238)与第四电机(246)连接；

所述导向头组件(204)还包括丝杠组件(245)和电机外壳(247)，第四电机(246)通过螺栓设置在电机外壳(247)内，弯曲弹簧(237)通过导向头尾部(238)与电机外壳(247)一端螺栓连接，电机外壳(247)另一端与导向头外壳(241)螺栓连接，两个对称设置的连杆(243)与卡爪复位弹簧(244)的端部轴连接，第四电机(246)通过丝杆组件(245)与卡爪复位弹簧(244)连接；

所述抓捕手单元(104)还包括固定抓手(301)、缓冲单元(302)和第三驱动齿轮组(305)，固定抓手(301)与第二滑道(303)螺栓连接，活动抓手(307)、固定抓手(301)的侧面设置有缓冲单元(302)，第五电机(306)通过第三驱动齿轮组(305)与第五丝杆(304)连接，所述活动抓手(307)为L型，固定抓手(301)为丨型，活动抓手(307)与目标星(105)的内壁建立配合，固定抓手(301)为丨型与目标星(105)的外壁建立配合。

10.一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获方法，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的一种空间可伸缩柔性非合作目标可重复捕获机构，包括以下步骤：

步骤一：调姿捕获过程；

通过第一滑块(216)带动捕获单元(103)实现径向位移调节，通过回转转台(213)实现周向位移调节；第三丝母(230)在滑孔的限位作用下使滑杆(233)带动弹性结构运动；抓捕手单元卡爪完全打开，导向头组件(204)的锁紧套(2355)在凯夫拉绳(2354)的拉力作用下与弹簧装夹杆(2352)发生相对位移，使柔性复位弹簧(2353)被压缩，弯曲弹簧(2356)伸出，并带动导向头组件(204)向目标星喉管移动，导向头组件(204)在穿过喉管的过程中，卡爪(242)的另一端受到压力，卡爪(242)收回，使卡爪复位弹簧(244)被压缩，穿过喉管时，卡爪复位弹簧(244)势能释放，卡爪(242)伸出，第二丝母(230)带动滑杆(233)动作，实现柔性捕获机构收回并拖动目标星接近对接装置，完成捕获；

步骤二：对接过程；活动抓手(307)向固定抓手(301)方向运动并抓紧目标星，目标星与本发明完成对接；

步骤三：释放过程：第四电机(246)拉动连杆(243)，使连杆(243)收回，抓捕手单元卡爪完全打开，分离弹簧(2284)推动目标星，完成目标星的释放。