[发明专利]一种基于陀螺结构的空间软对接装置

说明书

本发明涉及空间机器人工程研究领域，具体是一种基于陀螺结构的空间软对接装置，包括陀螺结构组件与滑动结构组件。所述的陀螺结构组件包括陀螺机构，旋转柔性部件和编码器等，滑动结构组件主要包括滑动机构、直线柔性部件和直线位移传感器等。所述的空间软对接装置可通过陀螺机构和滑动机构传递空间六维对接碰撞冲量，并利用扭簧机构和弹簧机构实现碰撞冲量的缓冲，最后通过编码器和直线位移传感器规划磁流变阻尼器的阻尼输出实现空间软对接装置内部振动的镇定，从而实现空间在轨捕获的软对接操作。

技术领域

本发明涉及空间机器人工程研究领域，具体是一种基于陀螺结构的空间软对接装置。

背景技术

目标捕获是空间在轨服务的重要组成部分，然而捕获时的对接碰撞极易引起抓捕机构失稳。实现空间在轨目标捕获时的对接软接触，对于实现空间在轨捕获任务具有重要意义。

目前，国际上基于对接机构的空间软捕获技术的研究已经有大量的实践，主要有锥—杆式对接系统、飞网技术、电磁对接等。以上对接机构特点是主要以柔性绳索为主要执行元件或通过在末端执行器设计相关机构捕获子系统；约束条件上要求两航天器之间相对位姿测量、跟踪、保持等方面满足高精度要求，对空间接触的瞬间位姿扰动要求也极高。因此，研制新型可靠的空间软对接装置依然是当前空间在轨服务的关键技术之一。

发明内容

本发明设计了一种基于陀螺结构的空间软对接装置，包含陀螺结构组件与滑动结构组件，其中陀螺结构组件包括陀螺机构、旋转柔性部件和编码器等，滑动结构组件包括滑动机构、直线柔性部件和直线位移传感器等。

本发明提供的空间软对接装置通过陀螺结构组件和滑动结构组件传递、缓冲和镇定空间对接碰撞冲量，具体过程为：空间六维碰撞冲量首先经陀螺机构和滑动机构传递，然后由扭簧机构和弹簧机构得到缓冲，最后通过编码器和直线位移传感器规划磁流变阻尼器的阻尼输出实现空间软对接装置内部振动的镇定，从而实现空间在轨捕获的软对接操作。

所述空间对接装置的陀螺结构组件的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等，具体内容如下：陀螺外框由外框连接板一(1)、外框连接板二(3)、外框连接板三(47)和外框支撑(2)组成，陀螺中框由中框连接板一(6)、中框连接板二(11)、中框连接板三(39)和中框连接板四(41)组成，陀螺内框由内框连接板一(4)、内框连接板二(5)、内框连接板三(15)和内框连接板四(37)组成，转子外连框由外连框连接板一(17)、外连框连接板二(18)、外连框连接板三(34)和外连框连接板四(36)组成，旋转轴包含旋转轴X、旋转轴Y和旋转轴Z，其中旋转轴X由旋转轴X一(42)和旋转轴X二(59)组成，旋转轴Y由旋转轴Y一(9)和旋转轴Y二(61)组成，旋转轴Z由旋转轴Z一(63)和旋转轴Z二(64)组成。

所述空间对接装置的陀螺结构组件的陀螺机构的各陀螺框架间通过旋转轴连接，可实现空间三维旋转，旋转轴则通过紧固件安装于陀螺中框、陀螺内框和转子外连框上，具体安装方式如下：旋转轴X一(42)通过X轴端紧固件一(60)与中框连接板四(41)固连，并通过轴承与外框连接板三(47)连接，旋转轴X二(59)通过X轴端紧固件二(53)与中框连接板二(11)固连，并通过轴承与外框连接板二(3)连接；旋转轴Y一(9)通过Y轴端紧固件一(52)与内框连接板二(5)固连，并通过轴承与中框连接板一(6)连接，旋转轴Y二(61)通过Y轴端紧固件二(57)与内框连接板四(37)固连，并通过轴承与中框连接板三(39)连接；旋转轴Z一(63)通过联轴器(46)与旋转轴Z二(64)固连，并通过轴承与内框连接板一(4)连接，旋转轴Z二(63)通过轴承与内框连接板三(15)连接，其延伸段通过离合器Z(16)与外连框连接板四(36)固连。