本發(fā)明屬于衛(wèi)星在軌服務(wù)對接領(lǐng)域，涉及一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置。

背景技術(shù)：

1、近些年由于人類對太空的探索不斷深入，發(fā)射至地球軌道的衛(wèi)星不斷增多，這些衛(wèi)星都在占據(jù)地球軌道資源，再加上火箭殘骸以及太空事故產(chǎn)生的空間碎片，地球軌道資源日益緊張，因此如何利用有限的軌道資源做出更大的收益成為各國都在思考的一大問題。

2、目前軌道資源清理主要存在兩個研究方向，一是用于航天器的在軌服務(wù)，延長航天器的使用壽命；二是用于空間碎片進行清理，以便盡可能騰出空間碎片所占據(jù)的地球軌道資源。

3、在軌服務(wù)是指針對發(fā)生故障(如太陽能帆板和通信天線展開失敗等)或燃料耗盡但其他元件仍能正常工作或需要維護及更換元件的航天器，通過在軌服務(wù)讓目標航天器能夠繼續(xù)運行來降低航天技術(shù)可避免成本。在軌服務(wù)的一項關(guān)鍵技術(shù)就是空間非合作目標捕獲技術(shù)。

4、空間非合作目標是指沒有安裝通訊應(yīng)答機或其他傳感器的空間目標，其他航天器不能通過發(fā)射信號等方式實現(xiàn)對此類目標的識別或定位。非合作目標一般包括己方未安裝合作部件的衛(wèi)星、己方裝有合作部件但燃料耗盡或發(fā)生故障的衛(wèi)星、空間碎片及非己方航天器。

5、現(xiàn)有的非合作目標捕獲及對接機構(gòu)主要由機械臂及其末端執(zhí)行器構(gòu)成的剛性捕獲器以及飛繩、飛網(wǎng)、飛矛及仿生學(xué)柔性捕獲器。柔性捕獲器可減少捕獲對接過程中的碰撞力，但柔性部件本身缺乏可控性，因此多用于空間碎片清理以及失效航天器脫軌；而剛性捕獲器存在碰撞力相對較大且無緩沖的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，實現(xiàn)了對太空非合作目標衛(wèi)星的捕獲與鎖緊分離等功能，以便于對非合作目標進行維修、加注燃料等在軌服。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

3、一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，包括目標星底板、3個機械臂捕獲單元、3個鎖緊單元和對接裝置安裝板；

4、其中，對接裝置安裝板為水平設(shè)置的圓形板狀結(jié)構(gòu)；3個機械臂捕獲單元和3個鎖緊單元安裝在對接裝置安裝板的上表面；目標星底板位于機械臂捕獲單元和鎖緊單元的上方；通過3個機械臂捕獲單元實現(xiàn)對目標星底板的抓取，并將目標星底板拖動至鎖緊位置；通過3個鎖緊單元實現(xiàn)對目標星底板的鎖緊。

5、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述3個機械臂捕獲單元和3個鎖緊單元相互交叉設(shè)置；3個機械臂捕獲單元和3個鎖緊單元沿周向均勻分布對接裝置安裝板上表面的外沿處。

6、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，當需要釋放目標星底板時，3個鎖緊單元解鎖，3個機械臂捕獲單元將目標星底板拖動至釋放位置后，3個機械臂捕獲單元釋放目標星底板。

7、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述機械臂捕獲單元包括雙手指、2個四桿機構(gòu)、不完全齒輪、第五關(guān)節(jié)、第四機械臂臂桿、第四關(guān)節(jié)、第三機械臂臂桿、第三關(guān)節(jié)、第二機械臂臂桿、第二關(guān)節(jié)、第一機械臂臂桿、第一關(guān)節(jié)和機械臂底座；

8、其中，機械臂底座水平安裝在對接裝置安裝板的上表面；第一機械臂臂桿的底端通過第一關(guān)節(jié)與機械臂底座旋轉(zhuǎn)連接；第一機械臂臂桿的頂端通過第二關(guān)節(jié)與第二機械臂臂桿的底端旋轉(zhuǎn)連接；第二機械臂臂桿的頂端通過第三關(guān)節(jié)與第三機械臂臂桿的底端旋轉(zhuǎn)連接；第三機械臂臂桿的頂端通過第四關(guān)節(jié)與第四機械臂臂桿的底端旋轉(zhuǎn)連接；第四機械臂臂桿的頂端通過第五關(guān)節(jié)與不完全齒輪的底部旋轉(zhuǎn)連接；2個四桿機構(gòu)對稱設(shè)置在不完全齒輪的頂部；四桿機構(gòu)與不完全齒輪旋轉(zhuǎn)連接；每個四桿機構(gòu)的頂端對應(yīng)安裝雙手指中的其中一個手指。

9、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，當機械臂捕獲單元為收縮狀態(tài)時，第四機械臂臂桿、第三機械臂臂桿、第二機械臂臂桿和第一機械臂臂桿呈w型折疊收縮；當需要抓取目標星底板時，第四機械臂臂桿、第三機械臂臂桿、第二機械臂臂桿和第一機械臂臂桿相互旋轉(zhuǎn)打開，實現(xiàn)伸長雙手指。

10、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，機械臂捕獲單元的工作過程為：

11、當收到抓取命令時，不完全齒輪嚙合轉(zhuǎn)動，驅(qū)動2個四桿機構(gòu)帶動雙手指的兩個手指完全張開；第四機械臂臂桿、第三機械臂臂桿、第二機械臂臂桿和第一機械臂臂桿通過各關(guān)節(jié)協(xié)同旋轉(zhuǎn)展開，實現(xiàn)雙手指接近目標星底板；

12、雙手指對準目標星底板后，不完全齒輪反向轉(zhuǎn)動，帶動2個四桿機構(gòu)反向轉(zhuǎn)動，使雙手指抓取目標星底板上的對接裝置；第四機械臂臂桿、第三機械臂臂桿、第二機械臂臂桿和第一機械臂臂桿通過各關(guān)節(jié)協(xié)同旋轉(zhuǎn)折疊，將目標星底板拖動至鎖緊位置；3個鎖緊單元對目標星底板進行鎖緊后，不完全齒輪嚙合轉(zhuǎn)動，驅(qū)動2個四桿機構(gòu)帶動雙手指的兩個手指完全張開，捕獲完成。

13、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述鎖緊單元包括主鎖鉤、自鎖桿、中間桿、電機、絲杠、基體、絲桿齒輪軸承組、微動開關(guān)、提拉桿、限位桿、2個圓柱彈性套筒、副鎖鉤和螺母；

14、其中，電機輸出的力矩通過絲桿齒輪軸承組傳遞到絲杠上；絲杠通過軸承固定在基體上，只能軸向轉(zhuǎn)動；螺母套裝在絲杠的外壁，且螺母與絲杠螺紋配合；主鎖鉤和副鎖鉤對稱安裝在螺母兩側(cè)；主鎖鉤與螺母之間、副鎖鉤與螺母之間均安裝有扭簧；通過絲杠轉(zhuǎn)動帶動螺母沿豎直方向上下移動，主鎖鉤和副鎖鉤在扭簧作用下實現(xiàn)向外側(cè)轉(zhuǎn)動；

15、提拉桿與絲杠平行安裝在基體一側(cè)；中間桿安裝在提拉桿同側(cè)的基體上部；中間桿上方安裝有限位桿；中間桿只能轉(zhuǎn)動，提拉桿和限位桿只能上下移動；自鎖桿安裝在限位桿左側(cè)的基體上部；通過復(fù)位拉簧實現(xiàn)自鎖桿順時針轉(zhuǎn)動；微動開關(guān)安裝在基體，中部的提拉桿一側(cè)；當提拉桿上下移動時，通過觸發(fā)微動開關(guān)實現(xiàn)電機停止轉(zhuǎn)動，此時完成對目標星底板的鎖緊；2個圓柱彈性套筒安裝在基體上，其中1個圓柱彈性套筒與主鎖鉤對應(yīng)連接；另1個圓柱彈性套筒與副鎖鉤對應(yīng)連接。

16、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述中間桿與提拉桿相切配合；中間桿與限位桿相切配合；其中1個圓柱彈性套筒與主鎖鉤垂直連接；另1個圓柱彈性套筒與副鎖鉤垂直連接。

17、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述鎖緊單元鎖緊的工作過程為：

18、當目標星底板達到預(yù)定捕獲位置時，電機驅(qū)動絲杠帶動螺母向下運動；螺母帶動主鎖鉤、副鎖鉤開始合攏捕目標星底板；在主鎖鉤、副鎖鉤作用下，目標星底板完成初步糾正；電機驅(qū)動絲杠使螺母繼續(xù)向下運動；目標星底板底部的2個錐形凸臺與2個圓柱彈性套筒中錐形凹孔配合，目標星底板姿態(tài)完成糾正；電機驅(qū)動絲杠使螺母繼續(xù)向下運動，目標星底板直線向下運動，螺母觸發(fā)凸臺與提拉桿接觸；中間桿處于水平位置，自鎖桿的豎直平面和限位桿豎直平面接觸，自鎖桿處于豎直狀態(tài)；目標星底板在自鎖桿斜面的作用下，鎖緊力仍保持不變。

19、在上述的一種非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，所述鎖緊單元解鎖的工作過程為：接到鎖緊待接觸命令時，主鎖鉤與副鎖鉤向上運動，螺母向上運動，接觸到提拉桿上端伸出部分；在螺母向上力的作用下，提拉桿向上運動，帶動中間桿順時針轉(zhuǎn)動；中間桿帶動限位桿向下運動，此時自鎖桿在復(fù)位彈簧作用下順時針轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)目標星底板瞬間分離；與此同時，2個圓柱彈性套筒因形變對目標星底板產(chǎn)生反作用力，目標星底板被彈射出去，進一步分離。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

21、(1)本發(fā)明的非合作目標衛(wèi)星大容差對接裝置，實現(xiàn)對太空非合作目標衛(wèi)星的捕獲與鎖緊分離等功能，以便于對非合作目標進行維修、加注燃料等在軌服務(wù)；

22、(2)本發(fā)明通過3個機械臂捕獲單元和3個鎖緊單元實現(xiàn)將區(qū)域內(nèi)的被捕獲目標捕獲、鎖緊以及彈射分離，可以根據(jù)不同任務(wù)要求，捕獲和鎖緊非合作目標衛(wèi)星，具有可重復(fù)、大容差和高可靠的特點，為在軌服務(wù)任務(wù)提供對接方案；

23、(3)本發(fā)明在對接初始階段具備較大的容差能力；并利用了機械臂的可折疊性，減少機構(gòu)占用艙體體積，同時利用機械臂抓捕后收攏過程，可自動調(diào)整目標星的對接位置，校正偏差；

24、(4)本發(fā)明機械臂單元通過電機獨立驅(qū)動，抓捕機構(gòu)非常高的靈活性，同時諧波減速器具有良好的自鎖性能，可保證機械臂在收攏狀態(tài)下的位置固定。