[发明专利]一种隔振平台设备及其动力学模型构建方法

说明书

本发明涉及一种隔振平台及其动力学模型构建方法。其中，本发明提供的隔振平台，采用仿生抗冲击结构与传统Stewart平台进行耦合设计，充分考虑上下平台的运动，结合Stewart平台的多方向隔振优势和仿生抗冲击结构的仿生抗冲击特性实现了对非合作目标的柔顺抓捕。相较于经典隔振平台，本发明提供的隔振平台在高频周期激励作用下具有更低的位移传递率和角度传递率；在冲击激励作用下速度和角速度衰减得更快，振荡次数更少，加速度和角加速度极值更低，大大降低了抓捕过程中对服务航天器的冲击。

技术领域

本发明涉及航天领域的空间非合作目标抓捕过程中的被动隔振技术领域，特别是涉及一种隔振平台及其动力学模型构建方法。

背景技术

空间非合作目标的类型多种多样，主要包括故障航天器和空间碎片。随着人类航天活动的增加，此类目标急剧增多，占据宝贵轨道资源，迫切需要对其进行在轨维护及维修。然而在抓捕过程中，非合作目标存在不确定性扰源会对服务航天器产生不良振动。若无法对这种振动进行隔离将对服务航天器上的组件造成干扰，甚至造成精密仪器的失效。

为实现对非合作目标的安全柔顺抓捕，必须采取合适的隔振措施。非合作目标抓捕过程中，它和服务航天器之间存在相对运动，如果二者视为连接将导致非合作目标上的扰源极大，影响服务航天器的正常运行。因此，充分考虑非合作目标和服务航天器的相对运动，采取合适的隔振技术对于非合作目标的安全柔顺抓捕至关重要。

对于非合作目标抓捕存在的扰源，可以分为高频周期激励和冲击激励。周期激励可以分为干扰力和干扰力矩，冲击激励分为对心碰撞和非对心碰撞。这些干扰将给服务航天器造成冲击，在对非合作目标抓捕后组合航天器的运动情况分析中，目前的研究中通常将它们视为连接，未考虑它们之间的相对运动，在这样假设的基础上进行的动力学建模，不利于进行科学的仿真与分析，非合作目标的扰源也不利于组合航天器的稳定。目前对非合作目标抓捕的隔振研究主要考虑二自由度仿生抗冲击隔振机构，该机构具有优良的隔振性能，只能实现轴向隔振，无法满足多方向的隔振需求，特别是非合作目标抓捕过程中经常遇到的非对心碰撞问题。同时现有仅考虑上平台运动的Stewart隔振平台，实现多方向的隔振需求，缺乏对下平台运动分析的考虑，无法模拟非合作目标抓捕过程中的隔振。

虽然目前广泛研究的Stewart平台具有高结构刚度、高精度、高承载等特点，能实现多方向隔振，但是，由于其高刚度这一特性，导致其对冲击载荷的隔振效果不佳，无法满足非合作目标柔顺抓捕的要求。虽然目前的研究中通常将下平台视为固定平台，但缺乏对下平台的运动分析，无法模拟非合作目标的抓捕。仿生抗冲击结构作为隔振平台的隔振器，它启发于动物奔跑过程中的腿部运动结构，该结构由连杆、线性阻尼弹簧组成，利用自身的结构性质，由结构非线性产生整个机构的非线性刚度和非线性阻尼，它的结构参数可以根据不同的隔振需求进行调整，但是该结构的研究以二自由度的轴向隔振为主，无法实现多方向隔振。

发明内容

本发明的目的是提供一种隔振平台及其动力学模型构建方法，以能够在实现对非合作目标的柔顺抓捕的同时，降低抓捕过程中对服务航天器的冲击。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种隔振平台，包括：上平台、下平台和仿生抗冲击结构；

所述上平台和所述下平台均包括球铰组；所述仿生抗冲击结构包括第一端部球铰和第二端部球铰；

所述第一端部球铰与所述上平台的球铰组连接；所述第二端部球铰与所述下平台的球铰组连接。

优选的，所述上平台的球铰组包括：第一球铰组、第二球铰组和第三球铰组；