[发明专利]主被动相结合的星球车自动对接系统及对接方法

说明书

本发明提供了主被动相结合的星球车自动对接系统，包括设置于星球车两侧的捕获端和被捕获端；所述捕获端包括与星球车侧面固联的捕获端连接法兰，垂直固联于所述捕获端连接法兰的捕获端对接框，及设于所述捕获端连接法兰外周的至少两个的捕获杆组件，所述被捕获端包括与星球车侧面固联的被捕获端连接法兰、垂直固联于所述被捕获端连接法兰的结构桶、搭接于所述结构桶端部的对接法兰、套设于所述结构桶外且两端分别与所述被捕获端连接法兰和对接法兰端面固联的波纹密封桶、以及弹性拉杆组件。本发明中所述捕获端主动实施对接，所述被动端用于被动接受对接，驱动装置少，可有效降低制造成本和控制难度；对地形条件的适应性强。

技术领域

本发明涉及星球车自动对接技术领域，具体涉及主被动相结合的星球车自动对接系统和对接方法。

背景技术

在航天探测领域，星球车用于实现星球表面巡视探测，为扩展星球车功能，可将多辆星球车相互对接，进而建设形成星球基地。

星球车对接需解决两个需求：一是自动对接需求，通常情况下，外星球表面环境恶劣，为确保宇航员人身安全，宇航员不应或尽量减少暴露在外实施过多操作，星球车应能够实现无需宇航员手动参与的自动对接，相比而言，地面火车车厢的对接，一般由人工操作连接车钩、缓冲装置及车厢风挡等部件实现连接，无参考价值；二是重力场条件下的星球车姿态偏差调整需求，外星球表面为原始地形，需考虑地面高低不平的不利因素，该因素会造成两星球车之间存在高度及角度姿态偏差，即便可操控星球车运动以减小上述偏差，但无法完全消除，然而由于星球车受到重力作用，无法由对接机构施力将星球车姿态强行纠偏，因此，其对接机构需具有较大容差，使其可以在两星球车存在姿态偏差的条件下实现自动对接，相比而言，航天领域的空间站在轨对接处于零重力条件，其对接机构可容易实现两个对接飞行器的姿态校正，参考价值不高。

对此，美国航天局NASA提出了一种“主动-主动适配对接系统(Active-activeMating Adapter docking system)”，由2套主动对接机构串联而成，其中每套主动对接机构均为六自由度的Stewart并联机构(主要由6根主动可调长度的电动推杆组成)。

将该“主动-主动适配对接系统”其中的单套主动对接机构分别安装在两星球车侧面，两星球车对接时，需主动调整每套主动对接机构姿态，以实现对星球车姿态偏差的适应，其中，每套主动对接机构在工作时，均需依靠额外的姿态感知系统以实时获取两星球车的姿态偏差，并通过复杂的六自由度并联机构算法实时解算各机构电动推杆所需长度，进而调整各电动推杆长度以减小姿态偏差，并需不断迭代该过程，直至完全消除偏差实现对接。该“主动-主动适配对接系统”至少存在2点不足，一是需由2套主动对接机构串联而成，单套机构运动求解已比较复杂，2套串联的运动求解相叠加，系统复杂度大大增加，导致重量大、可靠性差、风险高等问题；二是需借助额外的姿态感知系统实时迭代，即对接系统内部运动解算与外部感知参数相迭代，系统可靠性依赖于感知系统，而感知系统的传感器设备又受温度等外部环境影响，存在不确定性，导致整个对接系统的可靠性不高。

因此，针对星球车对接，寻求更简单便捷的对接方法，减少驱动装置，具备姿态适应性补偿能力，为技术研发的主要难点。

发明内容

为克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供了主被动相结合的星球车自动对接系统，该系统所述捕获端主动实施对接，所述被动端用于被动接受对接，驱动装置少，可有效降低制造成本和控制难度；对地形条件的适应性强；解锁复位时具有自动校正能力，所述弹簧拉杆组件采用了压簧转化设计，消除了弹簧意外断裂造成失效的风险。对应的，本发明还提供了主被动相结合的星球车自动对接系统的对接方法。