[发明专利]一种基于陀螺结构的空间软对接装置

权利要求书

1.一种基于陀螺结构的空间软对接装置，所述空间软对接装置包含陀螺结构组件与滑动结构组件，两部分集成为一体；陀螺结构组件包括陀螺机构、旋转柔性部件和编码器，其中陀螺机构包含陀螺外框、陀螺中框、陀螺内框、转子外连框和旋转轴，旋转轴包含旋转轴X一、旋转轴X二、旋转轴Y一、旋转轴Y二、旋转轴Z一和旋转轴Z二，旋转柔性部件由旋转式磁流变阻尼器、离合器和扭簧机构组成，其中旋转式磁流变阻尼器包含旋转式磁流变阻尼器X、旋转式磁流变阻尼器Y和旋转式磁流变阻尼器Z，离合器包含离合器X、离合器Y和离合器Z，扭簧机构包含扭簧机构X、扭簧机构Y和扭簧机构Z，编码器包含编码器X、编码器Y和编码器Z；旋转轴X一通过X轴端紧固件一与中框连接板四固连，并通过轴承与外框连接板三连接，旋转轴X二通过X轴端紧固件二与中框连接板二固连，并通过轴承与外框连接板二连接，旋转轴Y一通过Y轴端紧固件一与内框连接板二固连，并通过轴承与中框连接板一连接，旋转轴Y二通过Y轴端紧固件二与内框连接板四固连，并通过轴承与中框连接板三连接，旋转轴Z一通过联轴器与旋转轴Z二固连，并通过轴承与内框连接板一连接，旋转轴Z二通过轴承与内框连接板三连接，其延伸段通过离合器Z与外连框连接板四固连；旋转式磁流变阻尼器X安装于陀螺外框与陀螺中框之间，其连接端与外框连接板二固连，旋转式磁流变阻尼器Y安装于陀螺中框与陀螺内框之间，其连接端与中框连接板三固连，旋转式磁流变阻尼器Z安装于陀螺内框内部，其连接端与内框连接板一固连；离合器X安装于陀螺外框与陀螺中框之间，其连接端与外框连接板三固连，离合器Y安装于陀螺中框与陀螺内框之间，其连接端与中框连接板一固连，离合器Z安装于陀螺内框与转子外连框之间，其连接端与内框连接板三固连；扭簧座X安装于外框连接板三外侧，扭簧座Y安装于中框连接板一外侧，扭簧座Z安装于内框连接板三内侧；编码器X安装于旋转轴X二，并通过编码器X套筒与外框连接板二固连，编码器Y安装于旋转轴Y二，并通过编码器Y套筒与中框连接板二固连，编码器Z安装于旋转轴Z二，并通过编码器Z套筒与内框连接板一固连；滑动结构组件包含滑动机构、直线柔性部件和直线位移传感器，其中滑动机构包含滑动外框、滑动内框、滑块一、滑块二、滑轨一和滑轨二，直线柔性部件包含直线式磁流变阻尼器和弹簧机构，其中弹簧机构由弹簧紧固件、弹簧、弹簧座组成，直线位移传感器用于检测滑块与滑轨间相对位移；滑块一与滑动外框连接板三固连，滑块二与滑动外框连接板二固连，滑轨一与滑动内框连接板一固连，滑轨二与滑动内框连接板二固连，且滑块一与滑块二、滑轨一与滑轨二均呈对称式分布，滑动外框连接板一与转子外连框连接板二固连，直线式磁流变阻尼器固定于阻尼座，阻尼座分别由阻尼座支撑一、阻尼座支撑二和阻尼座连接件一、阻尼器连接件二固连于滑动内框，弹簧紧固件与直线式磁流变阻尼器外伸轴固连，弹簧座安装于阻尼座，直线位移传感器安装于滑动外框连接板三；所述空间软对接装置在空间笛卡尔坐标系中，陀螺结构的俯仰和偏航两个方向分别作为X和Y轴，转子外连框相对于陀螺内框的旋转可实现空间对接装置对空间Z向碰撞角冲量的传递，陀螺内框相对于陀螺中框的旋转可实现空间对接装置对空间Y向碰撞角冲量和空间X向碰撞直线冲量的传递，陀螺中框相对于陀螺外框的旋转可实现空间对接装置对空间X向碰撞角冲量和空间Y向碰撞直线冲量的传递，且滑动结构组件的滑动机构可实现空间Z向直线碰撞冲量的传递。

2.根据权利要求1所述的一种基于陀螺结构的空间软对接装置，其特征在于：空间三维对接碰撞角冲量和X、Y向直线冲量经陀螺机构的传递后，由于扭簧机构X、扭簧机构Y和扭簧机构Z的存在，空间X、Y和Z向对接碰撞角冲量依次得到缓冲，且空间X、Y向直线冲量依次通过扭簧机构Y、扭簧机构X得到缓冲，通过编码器X、编码器Y和编码器Z分别测量旋转轴X、旋转轴Y和旋转轴Z的旋转角度，然后将角度变量输送给控制器，通过规划旋转式磁流变阻尼器X、旋转式磁流变阻尼器Y和旋转式磁流变阻尼器Z的阻尼力输出，实现对空间X、Y、Z向碰撞角冲量和空间X、Y向碰撞直线冲量引起的陀螺结构组件内部振动的镇定；空间Z向直线对接碰撞冲量经过滑动机构的传递后，由于弹簧机构的存在，空间Z向直线对接碰撞冲量得到缓冲；通过直线位移传感器测量滑块相对于滑轨的位移，并将位移变量输送给控制器，通过控制器规划直线式磁流变阻尼器的阻尼力输出，实现对空间Z向直线冲量碰撞引起的滑动结构组件内部振动的镇定。