CN107628277B - 一种空间非合作目标捕获机构及其捕获方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间非合作目标捕获机构及其捕获方法。现有捕获机构无法适应不同尺寸的对接接口，捕获成功率低。本发明的第一电机驱动一级丝杠；第一螺母与一级丝杠构成螺旋副；提升台与第一螺母固定；中心承载筒固定在底座上；滑动筒固定套置在提升台外，并与中心承载筒内壁构成滑动副；支撑平台与提升台固定；第二阶梯型套筒通过第二固定支撑座固定在支撑平台上；第二电机驱动二级丝杠；第二螺母与二级丝杠构成螺旋副；顶端平台套置在二级丝杠外，并与第二阶梯型套筒固定；第一连杆尾端与顶端平台铰接；第二连杆中部与第二螺母铰接；第二连杆尾端与第一连杆中部铰接。本发明捕获时适应不同尺寸的对接接口。

Description

一种空间非合作目标捕获机构及其捕获方法

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及一种空间非合作目标捕获机构及其捕获方法。

背景技术

目前，许多空间任务涉及空间非合作目标的抓捕，如对未成功进入预定轨道的卫星进行辅助入轨；对发生故障的卫星进行更换仪器、辅助机构展开与维修；对燃料耗尽但其它系统工作正常的卫星加注燃料以延长寿命；将废弃卫星和空间碎片送入坟墓轨道等。空间非合作目标卫星，区别于空间合作目标卫星，其上没有安装对接接口。追踪星在与空间非合作目标卫星进行捕获时，可利用空间非合作目标卫星的适配环、运载火箭接口、太阳能电池连接点等承重结构。针对适配环、运载火箭接口、太阳能电池连接点等承重结构的对接捕获结构多为空间机械臂。空间机械臂在对接空间非合作目标星时，对自身机械系统的精确度有较高要求，且对空间非合作目标卫星的相对运动控制能力也有较高的要求。因此，研发一种适应尺寸各异对接接口的空间非合作目标捕获机构具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种利用卫星的远地点反冲发动机喷管作为对接接口，与空间非合作目标进行对接捕获的一种空间非合作目标捕获机构及其捕获方法，具有结构简单、成本低、可靠性高等特点。

本发明采用以下技术方案实现：

本发明一种空间非合作目标捕获机构，包括驱动机构、提升机构和捕获机构；所述的驱动机构包括第一电机、一级丝杠、第一螺母、第一固定支撑座、第一阶梯型套筒、第一联轴器和底座；所述的第一电机设置在底座上，第一电机的输出轴与一级丝杠通过第一联轴器固定；第一固定支撑座固定在底座上，并将第一电机压紧固定在底座上；所述的第一阶梯型套筒固定在第一固定支撑座上，一级丝杠通过第一轴承支承在第一阶梯型套筒内；所述的第一螺母与一级丝杠构成螺旋副；所述的提升机构包括中心承载筒、滑动筒和提升台；所述的提升台与驱动机构的第一螺母通过螺钉连接；中心承载筒固定在底座上；滑动筒固定套置在提升台外，并与中心承载筒内壁构成滑动副；所述的捕获机构包括支撑平台、第二固定支撑座、第二电机、二级丝杠、第二螺母、第二阶梯型套筒、顶端平台、第一连杆、第二连杆和第二联轴器；所述的支撑平台与提升机构的提升台固定，第二电机设置在支撑平台上；第二电机的输出轴与二级丝杠通过第二联轴器固定；第二固定支撑座固定在支撑平台上，并将第二电机压紧固定在支撑平台上；第二阶梯型套筒固定在第二固定支撑座上，二级丝杠通过第二轴承支承在第二阶梯型套筒内；所述的第二螺母与二级丝杠构成螺旋副；顶端平台套置在二级丝杠外，并与第二阶梯型套筒固定；n根第一连杆沿第二螺母周向均布，且尾端均与顶端平台铰接，头端均自由设置，n≥4；n根第二连杆沿第二螺母周向均布，且中部均与第二螺母铰接；每根第二连杆尾端与沿第二螺母周向上同一位置处的一根第一连杆中部铰接。

所述中心承载筒的内壁固定有沿周向均布的n根导轨，且中心承载筒的内壁开设有对称设置的两个螺纹孔组，螺纹孔组包括沿轴向间距排布的3～6个螺纹孔；导向筒开设有对称设置的两个通孔组；通孔组包括与螺纹孔组内相邻两个螺纹孔轴向间距相等的两个通孔；所述的导向筒与每根导轨均构成滑动副，且导向筒每一侧的两个通孔与中心承载筒同一侧的其中两个螺纹孔通过紧定螺钉固定；导向筒开设有两端均封闭设置的滑槽；滑动筒的外壁与导向筒的滑槽构成滑动副。

所述第二连杆的头端固定有球状的弹性缓冲件。

所述的第一轴承通过下轴承端盖轴向定位，下轴承端盖与第一阶梯型套筒固定；第二轴承通过上轴承端盖轴向定位，上轴承端盖与第二阶梯型套筒固定。

该空间非合作目标捕获机构捕获非合作目标的方法，具体如下：

将底座固定安装在追踪卫星装置上。追踪卫星装置上的图像识别系统检测得到追踪卫星装置与卫星喷管之间相对位置参数以及卫星喷管的尺寸参数，通过这些参数信号调整导向筒的位置，然后根据这些参数信号、导向筒位置以及第二连杆与第一连杆的初始夹角计算并分配第一电机的停止时间和第二电机的停止时间；接着启动第一电机，驱动一级丝杠转动，从而使第一螺母带动提升台和滑动筒沿导向筒滑动，提升台把运动通过支撑平台传递给捕获机构，在捕获机构的第二电机不工作时，第二连杆和第一连杆同步运动；当第一电机停止时，同时启动第二电机，第二电机驱动二级丝杠转动，第二螺母滑动，并把运动传递给第二连杆，使第二连杆与第一连杆头端的夹角变小，n根第二连杆的头端与卫星喷管内壁接触，n根第一连杆的内侧与卫星喷管外壁接触，实现锁紧，同时第二电机停止。

所述第二连杆的头端固定有球状的弹性缓冲件，弹性缓冲件与卫星喷管内壁接触。

本发明的有益效果：

1、本发明对接卫星喷管时，通过第一电机与第二电机将运动传递到第二连杆，使得第二连杆的头端弹性缓冲件接触喷管内壁，第一连杆的内侧与喷管外壁紧密接触，实现锁紧。捕获机构在与喷管存在径向偏差和角度偏差时，可利用四个弹性缓冲件接触喷管时实现一定的自动导向，并起到较好的缓冲作用，因此在与目标对接过程中，捕获的包络区域较大，对接的可靠性得以提高。捕获机构整体结构紧凑、易于控制。

2、本发明具有较大的捕获范围，驱动元件少，仅使用两个电机，控制简单；且两个电机单独驱动，保证提升机构伸出与第一连杆和第二连杆的夹紧之间独立。由于连杆的作用，可以实现快速捕获的要求。对空间交会测量和对运动控制的精度要求不高，能对接多种不同型号的空间非合作目标卫星，且适应于多种对接初始条件。在现有对接交会技术及测量技术的前提下，能安全、可靠、快速实现对空间非合作目标卫星的对接捕获。

附图说明

图1为本发明的整体结构剖视图；

图2为本发明的第一连杆及第二连杆装配示意图；

图3为本发明的提升机构剖视图。

图中：1、底座，2、中心承载筒，3、导轨，4、第一固定支撑座，5、第一电机，6、第一阶梯型套筒，7、一级丝杠，8、第一螺母，9、提升台，10、支撑平台，11、第二固定支撑座，12、第二电机，13、第二阶梯型套筒，14、二级丝杠，15、顶端平台，16、弹性缓冲件，17、第二螺母，18、第二连杆，19、第一连杆，20、上轴承端盖，21、第二联轴器，22、滑动筒，23、导向筒，24、下轴承端盖，25、第一联轴器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1和2所示，一种空间非合作目标捕获机构，包括驱动机构、提升机构和捕获机构；驱动机构包括第一电机5、一级丝杠7、第一螺母8、第一固定支撑座4、第一阶梯型套筒6、第一联轴器25和底座1；第一电机5设置在底座1上，第一电机5的输出轴与一级丝杠7通过第一联轴器25固定；第一固定支撑座4固定在底座1上，并将第一电机5压紧固定在底座1上；第一阶梯型套筒6固定在第一固定支撑座4上，一级丝杠7通过第一轴承支承在第一阶梯型套筒6内；第一轴承通过下轴承端盖24轴向定位，下轴承端盖24与第一阶梯型套筒6固定；第一螺母8与一级丝杠7构成螺旋副；提升机构包括中心承载筒2、滑动筒22和提升台9；提升台9与驱动机构的第一螺母8通过螺钉连接；中心承载筒2固定在底座1上；滑动筒22固定套置在提升台9外，并与中心承载筒2内壁构成滑动副；捕获机构包括支撑平台10、第二固定支撑座11、第二电机12、二级丝杠14、第二螺母17、第二阶梯型套筒13、顶端平台15、第一连杆19、第二连杆18和第二联轴器21；支撑平台10与提升机构的提升台9固定，第二电机12设置在支撑平台10上；第二电机12的输出轴与二级丝杠14通过第二联轴器21固定；第二固定支撑座11固定在支撑平台10上，并将第二电机12压紧固定在支撑平台10上；第二阶梯型套筒13固定在第二固定支撑座11上，二级丝杠14通过第二轴承支承在第二阶梯型套筒13内；第二轴承通过上轴承端盖20轴向定位，上轴承端盖20与第二阶梯型套筒13固定；第二螺母17与二级丝杠14构成螺旋副；顶端平台15套置在二级丝杠14外，并与第二阶梯型套筒13固定；四根第一连杆19沿第二螺母17周向均布，且尾端均与顶端平台15铰接，头端均自由设置；四根第二连杆18沿第二螺母17周向均布，且中部均与第二螺母17铰接；每根第二连杆18尾端与沿第二螺母17周向上同一位置处的一根第一连杆19中部铰接。

如图2所示，第二连杆18的头端固定有球状的弹性缓冲件16，在对接捕获空间非合作目标时弹性缓冲件16对所承受的径向冲击起到一定的缓冲作用；此外，四根沿第二螺母17周向均布的第一连杆19和第二连杆18与目标喷管接触时，具有一定的对心导向作用。

如图3所示，中心承载筒2的内壁固定有沿周向均布的四根导轨3，且中心承载筒2的内壁开设有对称设置的两个螺纹孔组，螺纹孔组包括沿轴向间距排布的3～6个螺纹孔；导向筒23开设有对称设置的两个通孔组；通孔组包括与螺纹孔组内相邻两个螺纹孔轴向间距相等的两个通孔；导向筒23与四根导轨3均构成滑动副，且导向筒23每一侧的两个通孔与中心承载筒2同一侧的其中两个螺纹孔通过紧定螺钉固定；导向筒23开设有两端均封闭设置的滑槽；滑动筒22的外壁与导向筒23的滑槽构成滑动副。螺纹孔组用于调节导向筒23相对中心承载筒2的位置，而且是根据目标喷管长短不同调节导向筒23位置，从而对捕获机构的位置进行一次定位；滑槽内端封闭对导向筒23限位，防止捕获机构回收时第二螺母17碰撞驱动机构，避免第二螺母17和驱动机构损伤；滑槽外端封闭对导向筒23限位，防止第一连杆19和第二连杆18的铰链碰撞目标喷管端面，避免铰链和目标喷管的损伤；从而，滑槽两端对捕获机构的位置进行二次定位。这里，目标喷管较长时，调节导向筒23相对中心承载筒2靠里一些，目标喷管较短时，调节导向筒23相对中心承载筒2靠外一些，这样，配合滑槽两端限位，就能保证捕获机构与目标喷管准确对接且不碰撞。

该空间非合作目标捕获机构捕获非合作目标的方法，具体如下：

如图1所示，将底座1固定安装在追踪卫星装置上。追踪卫星装置上的图像识别系统检测得到追踪卫星装置与卫星喷管之间相对位置参数以及卫星喷管的尺寸参数，通过这些参数信号调整导向筒23的位置，然后根据这些参数信号、导向筒23位置以及第二连杆18与第一连杆19的初始夹角计算并分配第一电机5的停止时间和第二电机12的停止时间；接着启动第一电机5，驱动一级丝杠7转动，从而使第一螺母8带动提升台9和滑动筒22沿导向筒23滑动，提升台9把运动通过支撑平台10传递给捕获机构，在捕获机构的第二电机12不工作时，第二连杆18和第一连杆19在接触卫星喷管前可以保持一体运动；当第一电机5停止时，同时启动第二电机12，第二电机12驱动二级丝杠14转动，第二螺母17滑动，并把运动传递给第二连杆18，使第二连杆18与第一连杆19头端的夹角变小，四个弹性缓冲件16与卫星喷管内壁紧密接触，四根第一连杆19的内侧与卫星喷管外壁紧密接触，实现锁紧，同时第二电机停止；这样由四对第一连杆19和第二连杆18形成了能包络不同尺寸卫星喷管的包络空间，使卫星喷管处于此包络空间内，完成对接空间非合作目标的捕获。

Claims (3)

1.一种空间非合作目标捕获机构，包括驱动机构、提升机构和捕获机构，其特征在于：所述的驱动机构包括第一电机、一级丝杠、第一螺母、第一固定支撑座、第一阶梯型套筒、第一联轴器和底座；所述的第一电机设置在底座上，第一电机的输出轴与一级丝杠通过第一联轴器固定；第一固定支撑座固定在底座上，并将第一电机压紧固定在底座上；所述的第一阶梯型套筒固定在第一固定支撑座上，一级丝杠通过第一轴承支承在第一阶梯型套筒内；所述的第一螺母与一级丝杠构成螺旋副；所述的提升机构包括中心承载筒、滑动筒和提升台；所述的提升台与驱动机构的第一螺母通过螺钉连接；中心承载筒固定在底座上；滑动筒固定套置在提升台外，并与中心承载筒内壁构成滑动副；所述的捕获机构包括支撑平台、第二固定支撑座、第二电机、二级丝杠、第二螺母、第二阶梯型套筒、顶端平台、第一连杆、第二连杆和第二联轴器；所述的支撑平台与提升机构的提升台固定，第二电机设置在支撑平台上；第二电机的输出轴与二级丝杠通过第二联轴器固定；第二固定支撑座固定在支撑平台上，并将第二电机压紧固定在支撑平台上；第二阶梯型套筒固定在第二固定支撑座上，二级丝杠通过第二轴承支承在第二阶梯型套筒内；所述的第二螺母与二级丝杠构成螺旋副；顶端平台套置在二级丝杠外，并与第二阶梯型套筒固定；n根第一连杆沿第二螺母周向均布，且尾端均与顶端平台铰接，头端均自由设置，n≥4；n根第二连杆沿第二螺母周向均布，且中部均与第二螺母铰接；每根第二连杆尾端与沿第二螺母周向上同一位置处的一根第一连杆中部铰接；

所述中心承载筒的内壁固定有沿周向均布的n根导轨，且中心承载筒的内壁开设有对称设置的两个螺纹孔组，螺纹孔组包括沿轴向间距排布的3～6个螺纹孔；导向筒开设有对称设置的两个通孔组；通孔组包括与螺纹孔组内相邻两个螺纹孔轴向间距相等的两个通孔；所述的导向筒与每根导轨均构成滑动副，且导向筒每一侧的两个通孔与中心承载筒同一侧的其中两个螺纹孔通过紧定螺钉固定；导向筒开设有两端均封闭设置的滑槽；滑动筒的外壁与导向筒的滑槽构成滑动副；

所述第二连杆的头端固定有球状的弹性缓冲件；

所述的第一轴承通过下轴承端盖轴向定位，下轴承端盖与第一阶梯型套筒固定；第二轴承通过上轴承端盖轴向定位，上轴承端盖与第二阶梯型套筒固定。

2.根据权利要求1所述的一种空间非合作目标捕获机构捕获非合作目标的方法，其特征在于：该方法具体如下：

将底座固定安装在追踪卫星装置上；追踪卫星装置上的图像识别系统检测得到追踪卫星装置与卫星喷管之间相对位置参数以及卫星喷管的尺寸参数，通过这些参数信号调整导向筒的位置，然后根据这些参数信号、导向筒位置以及第二连杆与第一连杆的初始夹角计算并分配第一电机的停止时间和第二电机的停止时间；接着启动第一电机，驱动一级丝杠转动，从而使第一螺母带动提升台和滑动筒沿导向筒滑动，提升台把运动通过支撑平台传递给捕获机构，在捕获机构的第二电机不工作时，第二连杆和第一连杆同步运动；当第一电机停止时，同时启动第二电机，第二电机驱动二级丝杠转动，第二螺母滑动，并把运动传递给第二连杆，使第二连杆与第一连杆头端的夹角变小，n根第二连杆的头端与卫星喷管内壁接触，n根第一连杆的内侧与卫星喷管外壁接触，实现锁紧，同时第二电机停止。

3.根据权利要求2所述的一种空间非合作目标捕获机构捕获非合作目标的方法，其特征在于：所述第二连杆的头端固定有球状的弹性缓冲件，弹性缓冲件与卫星喷管内壁接触。