[发明专利]一种航天器空间对接地面操控实验系统及方法

权利要求书

1.一种航天器空间对接地面操控实验系统，其特征在于，包括：

主动对接机构和被动对接机构，以及纵向位移机构；

主动对接机构连接到纵向位移机构，进行纵向位移，所述主动对接机构还包括有位姿调整机构，用于调整自身位姿；

其中，所述主动对接机构和被动对接机构分别包括有对接环，两者利用对接环进行对接；

所述的主动对接机构包括Stewart平台，所述Stewart平台包括步进电机电推杆、下平台和主动对接机构对接环；主动对接机构保护罩将Stewart平台包裹在内；Stewart平台通过转接支架连接于纵向位移机构上；

所述的被动对接机构包括：被动对接机构支架，连接于基座上，被动对接机构支架为中空结构，法兰轴下部伸在被动对接机构支架内部并通过铜圈配合，形成沿偏航方向的旋转自由度，法兰轴的上部通过法兰与轴承座相连；下刻度盘与被动对接机构支架固连，上刻度盘与法兰轴固连，两个刻度盘上刻有刻度，通过其相对位置读取偏航角度值；偏航锁定旋钮用来锁定偏航角度；轴承座和块轴通过两个轴承连接，形成俯仰方向的自由度，左刻度盘上刻有刻度并与块轴固连，左压盖与轴承座相连且也刻有刻度，通过左压盖和左刻度盘之间的刻度读取俯仰方向的旋转角度值，俯仰方向锁定旋钮将左刻度盘与轴承座的相对位置锁定，进而锁定俯仰方向自由度；主轴与块轴之间通过另一组轴承相连，形成滚转方向的自由度，前刻度盘刻有刻度并与主轴固连，通过与块轴之间的相对转动读取滚转方向的角度值，滚转方向自由度的锁定通过滚转方向锁定旋钮实现；主轴前段为中空结构并与弹簧轴配合，形成一个额外的平动自由度，并可通过锁定插销锁定/解锁；外壳底盖、外壳共同组成了被动对接机构的保护罩，被动对接机构对接环通过弹簧与弹簧轴相连；操作手柄与主轴相连。

2.根据权利要求1所述的一种航天器空间对接地面操控实验系统，其特征在于：

所述纵向位移机构包括步进电机、底座、导轨丝杠。

3.根据权利要求2所述的一种航天器空间对接地面操控实验系统，其特征在于：

所述电推杆包括衬套，衬套与Stewart平台下平台相连，并通过轴承与U形虎克铰相连；U形虎克铰通过销轴与电推杆结构相连；步进电机为电推杆的驱动电机，伸缩杆为电推杆的作动杆；伸缩杆通过球形关节轴承与球铰座相连接；球铰座与主动对接机构对接环相互连接。

4.根据权利要求1所述的一种航天器空间对接地面操控实验系统，其特征在于：

所述的对接环如下：主动对接机构对接环导向片固定在主动对接机构对接环结构上，电磁铁线圈固定在主动对接机构对接环结构上；被动对接机构对接环导向片固定在被动对接机构对接环结构上，吸附铁块固定在被动对接机构对接环结构上；对接环采用了“同构异体周边”式布局结构；在对接过程中被动对接机构对接环导向片和主动对接机构对接环导向片在对接过程中能够配合弹簧矫正对接机构运动误差，提高对接的精度；对接完成后，电磁铁线圈通电产生磁场用以吸附铁块，实现两个对接环的刚性连接。

5.根据权利要求1所述的一种航天器空间对接地面操控实验系统，其特征在于：

还包括硬件系统控制回路：用于设定被动对接机构的姿态信息，并将被动对接机构姿态信息调节至设定状态；

将被动对接机构的姿态信息输入至控制计算机，控制计算机将根 据被动对接机构的姿态信息进行轨迹规划并生成控制指令；

控制计算机将控制指令下发到下位机，并由下位机实时地将控制指令转化为驱动指令输出至驱动器；

驱动器将驱动信号经过放大，形成驱动电流，控制主动对接机构产生相应的运动。