非合作目标卫星捕获装置及捕获方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非合作目标卫星捕获装置及捕获方法，属于航空航天技术领域。包括外壳、两个四连杆捕获爪机构、四个水平锁紧机构、丝杆和控制器；两个四连杆捕获爪机构相向设置于外壳内，下部与安装底板固连；丝杆上端穿过安装底板，下部连接驱动机构；四个水平锁紧机构分别位于两个四连杆捕获爪机构的外侧，两两相向安装在外壳的上部；四连杆捕获爪机构上部的两侧分别安装压杆机构，四连杆捕获爪机构下行时压杆机构压迫水平锁紧机构向内侧水平滑行；外壳的顶部安装光电传感器，所述光电传感器和驱动机构均电连接控制器。本发明专利技术可广泛应用于各类航天器的捕获，其具有适用范围广，大容差，响应速度块，可靠性高等优点。

Non cooperative target satellite acquisition device and acquisition method

The invention discloses a non cooperative target satellite acquisition device and a method thereof, belonging to the field of aerospace technology. Including housing, two four link capture claw mechanism, a locking mechanism, a screw rod and a controller four level; two to four link capture pawl mechanism arranged in the casing, the lower mounting plate is fixedly connected with the upper end of the screw rod is installed; through the floor, connected to the lower part of the driving mechanism; four side level locking mechanism are arranged two four link capture pawl mechanism, the upper 22 are arranged in the shell; a pressure lever mechanism on both sides of the upper part of the connecting rod four capture pawl mechanism are respectively installed, pressure of four bar mechanism linkage capture claw mechanism downward compression level locking mechanism sliding to the medial level; and the top of the shell is installed with photoelectric sensor, the photoelectric sensor and drive institutions are all electrically connected with a controller. The invention can be widely applied to various types of spacecraft, and has the advantages of wide application range, large tolerance, high response speed and high reliability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种捕获机构，具体讲是一种非合作目标卫星捕获装置及捕获方法，属于航空航天

技术介绍
随着航空航天技术的发展，航天任务的不断拓展，在轨捕获技术已经成为航天领域的一个研究热点。对非合作目标的抓捕能够实现在轨服务、空间垃圾清除以及一些军事任务，是在轨捕获技术中一项极具前瞻性和挑战性的课题。然而，对空间非合作目标的抓捕，目前还没有进行过在轨演示验证。实际上，许多空间任务涉及非合作目标的抓捕，比如，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维修更换故障单元仪器、辅助机构展开(如展开未能正常打开的太阳帆板、天线等)；对燃料耗尽但其他系统工作正常的卫星加注燃料，延长寿命；将废弃卫星和空间碎片送入坟墓轨道等。与合作目标相比，非合作目标的最大不同在于所要对接的目标没有专门的对接接口(如使用机械、电气等设备实现服务航天器与被服务航天器间的可靠连接)，这导致了对接过程的随机性以及对对接自主程度要求较高。传统刚性捕获技术需要与预定捕获位置动态精确对准，在捕获过程中准确控制捕获机构与目标飞行器的相对运动，如果捕获过程中存在相对位移偏差、角度偏差等便可能导致捕获失败。目前发射的大多数卫星质量均在1000KG以上，在捕获过程中拖动目标卫星需较大的驱动力，同时会在捕获过程中产生较大的冲击力，甚至对目标卫星以及捕获机构造成破坏。此外，由于捕获时间短，用于捕获目标卫星的机械臂难以在短时间内做出随动响应，这些因素都大大增加了捕获难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种能够适应与各类航天器对接，对目标卫星影响小，自身稳定性高的非合作目标卫星捕获装置。为了解决上述技术问题，本专利技术提供非合作目标卫星捕获装置，包括外壳、两个四连杆捕获爪机构、四个水平锁紧机构、丝杆和控制器；所述两个四连杆捕获爪机构相向设置于外壳内，下部与安装底板固连；所述丝杆竖向设置，丝杆上端穿过安装底板，下部连接驱动机构，丝杆转动时可驱动四连杆捕获爪机构向外壳外展开或向外壳内闭合；所述四个水平锁紧机构分别位于两个四连杆捕获爪机构的外侧，两两相向安装在外壳的上部；所述四连杆捕获爪机构上部的两侧分别安装压杆机构，四连杆捕获爪机构下行时压杆机构压迫水平锁紧机构向内侧水平滑行；所述外壳的顶部安装光电传感器，所述光电传感器和驱动机构均电连接控制器。本专利技术还包括预紧力加载机构，所述预紧力加载机构包括预紧力弹簧套筒、位置传感器和丝杠螺母安装板；所述预紧力弹簧套筒活动安装在安装底板上，可相对于安装底板上下运动，预紧力弹簧套筒内设置弹簧，预紧力弹簧套筒的顶面安装丝杠螺母安装板；所述位置传感器位于丝杠螺母安装板的下方，与安装底板固定连接；位置传感器电连接控制器；所述丝杆穿过预紧力弹簧套筒和丝杠螺母安装板。本专利技术中，所述水平锁紧机构包括横向导杆、水平锁紧块和复位弹簧；所述横向导杆固定安装在外壳上，水平锁紧块和复位弹簧套在导向杆上，复位弹簧一端固定，另一端连接水平锁紧块。本专利技术中，所述四连杆捕获爪机构包括底座、短连杆、主爪和长连杆；所述短连杆和长连杆的下端分别通过轴与底座装配，上端分别通过轴与主爪装配；所述短连杆、长连杆与底座的连接关节处安装驱动卷簧；所述外壳上与短连杆对应位置设有闭合凸轮。本专利技术中，所述四连杆捕获爪机构的外侧与外壳内侧之间设有滑轨机构。本专利技术中，所述外壳通过转台轴承连接被动柔顺机构，所述被动柔顺机构包括底座法兰盘、滑行制动机构、旋转制动机构和支架；所述底座法兰盘顶面设有直线滑轨，支架的底部设有滑槽，滑槽安装在直线滑轨上，底座法兰盘的内安装滑行制动机构；所述旋转制动机构安装在支架内控制转台轴承的转动；所述外壳两侧与底座法兰盘之间连接回转弹簧。本专利技术中，所述滑行制动机构包括电磁制动器和制动板，电磁制动器位于制动板的上方，二者间设有间隙，制动板的两端通过沉头螺杆与底座法兰盘连接，制动板上表面与螺杆之间设置弹簧，制动板可沿沉头螺杆上下运动。本专利技术中，所述压杆机构包括压杆、轴承和螺母，所述压杆与四连杆捕获爪机构固连，轴承通过螺母装配在压杆上。本专利技术还提供了非合作目标卫星的捕获方法，采用上述非合作目标卫星捕获装置，具体步骤为：1)、控制单元控制驱动机构驱动丝杠带动四连杆捕获爪机构向上运动，运动到外壳包络范围之外时，四连杆捕获爪机构向外壳外展开，同时水平锁紧块向外水平滑行；2)、光电传感器监测到当非合作目标卫星的对接框时，控制单元控制驱动机构驱动丝杠带动丝杠驱动四连杆捕获爪向下运动，使四连杆捕获爪机构逐渐闭合，逐渐将非合作目标卫星的对接框包络在内；在四连杆捕获爪机构向下运动的同时，四连杆捕获爪机构上的压杆机构驱动水平锁紧块向内水平滑行，逐渐将对接框锁紧；3)、通过预紧力加载机构监控捕获装置对对接框锁紧力，当达到锁紧力要求后，预紧力加载机构发出信号停止驱动机构工作，此时四连杆捕获爪机构位于非合作目标卫星的台阶面上，水平锁紧块顶住预紧力加载机构的对接框内外径，实现非合作目标卫星的捕获。本专利技术中，在运动过程中，当对非合作目标卫星的接框坐标系与捕获装置坐标系发生相对位置偏移及角度偏移，通过被动柔顺机构对两坐标系进行对正。本专利技术的有益效果在于：(1)、通过与航天器上的1194mm对接框对接完成非合作目标的捕获，φ1194接口是国际标准接口尺寸，其被广泛应用于各类航天器上，保证了本专利技术能适应各类非合作目标航天的捕获，其具有适用范围广，大容差，响应速度块，可靠性高等特点；捕获过程中，四连杆捕获爪主爪卡在非合作目标卫星的对接框的5.72mm台阶面上，水平锁紧块顶住对接框内外径，二者配合保证了捕获过程的稳定性，有效地保护非合作目标航天器，避免造成损坏；(2)、在卫星对接框与本专利技术捕获装置存在一定位置误差和角度偏移的情况下，通过底部的被动柔顺机构的调节完成对的捕获，减小捕获过程中的碰撞力，大大增加了捕获成功率；(3)、通过预紧力加载机构可以准确地控制四连杆捕获爪机构对非合作目标航天的对接框的锁合力，在满足正常稳定捕获的同时，防止锁合力超载对非合作目标卫星造成损坏；(4)、本机构功能高度集成，工作方式直接，包络尺寸小，整机重量轻，适用性强。附图说明图1为现有非合作目标卫星的对接框示意图；图2为捕获装置结构示意图；图3为捕获装置结构示意图2；图4为捕获装置正视图；图5为捕获装置侧视图；图6为捕获装置俯视图；图7为捕获装置内部结构示意图；图8为捕获装置内部结构示意图2；图9为四连杆捕获爪机构结构示意图；图10为四连杆捕获爪机构结构示意图2；图11为水平锁紧机构结构示意图；图12为预紧力加载机结构示意图；图13为预紧力加载机构爆炸图；图14为捕获装置捕获流程图；图15为四连杆捕获爪机构、水平锁紧机构与对接框接触示意图；图16为四连杆捕获爪机构、水平锁紧机构与对接框接触示意图2；图17为非合作目标卫星捕获装置对对接框的捕获效果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术非合作目标卫星捕获装置的捕获目标为航天器与运载火箭对接框直径为1194的卫星(航天器)，φ1194接口是国际标准接口尺寸，被广泛应用于各类航天器上。对接框的外径为1194mm，内径为1133mm，外沿上具有一个5.72mm台阶面，对接框整体高度为320本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非合作目标卫星捕获装置，包括外壳，其特征在于：还包括两个四连杆捕获爪机构、四个水平锁紧机构、丝杆和控制器；所述两个四连杆捕获爪机构相向设置于外壳内，下部与安装底板固连；所述丝杆竖向设置，丝杆上端穿过安装底板，下部连接驱动机构，丝杆转动时可驱动四连杆捕获爪机构向外壳外展开或向外壳内闭合；所述四个水平锁紧机构分别位于两个四连杆捕获爪机构的外侧，两两相向安装在外壳的上部；所述四连杆捕获爪机构上部的两侧分别安装压杆机构，四连杆捕获爪机构下行时压杆机构压迫水平锁紧机构向内侧水平滑行；所述外壳的顶部安装光电传感器，所述光电传感器和驱动机构均电连接控制器。

【技术特征摘要】
1.一种非合作目标卫星捕获装置，包括外壳，其特征在于：还包括两个四连杆捕获爪机构、四个水平锁紧机构、丝杆和控制器；所述两个四连杆捕获爪机构相向设置于外壳内，下部与安装底板固连；所述丝杆竖向设置，丝杆上端穿过安装底板，下部连接驱动机构，丝杆转动时可驱动四连杆捕获爪机构向外壳外展开或向外壳内闭合；所述四个水平锁紧机构分别位于两个四连杆捕获爪机构的外侧，两两相向安装在外壳的上部；所述四连杆捕获爪机构上部的两侧分别安装压杆机构，四连杆捕获爪机构下行时压杆机构压迫水平锁紧机构向内侧水平滑行；所述外壳的顶部安装光电传感器，所述光电传感器和驱动机构均电连接控制器。2.根据权利要求1所述的非合作目标卫星捕获装置，其特征在于：包括预紧力加载机构，所述预紧力加载机构包括预紧力弹簧套筒、位置传感器和丝杠螺母安装板；所述预紧力弹簧套筒活动安装在安装底板上，可相对于安装底板上下运动，预紧力弹簧套筒内设置弹簧，预紧力弹簧套筒的顶面安装丝杠螺母安装板；所述位置传感器位于丝杠螺母安装板的下方，与安装底板固定连接；位置传感器电连接控制器；所述丝杆穿过预紧力弹簧套筒和丝杠螺母安装板。3.根据权利要求1所述的非合作目标卫星捕获装置，其特征在于：所述水平锁紧机构包括横向导杆、水平锁紧块和复位弹簧；所述横向导杆固定安装在外壳上，水平锁紧块和复位弹簧套在导向杆上，复位弹簧一端固定，另一端连接水平锁紧块。4.根据权利要1所述的非合作目标卫星捕获装置，其特征在于：所述四连杆捕获爪机构包括底座、短连杆、主爪和长连杆；所述短连杆和长连杆的下端分别通过轴与底座装配，上端分别通过轴与主爪装配；所述短连杆、长连杆与底座的连接关节处安装驱动卷簧；所述外壳上与短连杆对应位置设有闭合凸轮。5.根据权利要1所述的非合作目标卫星捕获装置，其特征在于：所述四连杆捕获爪机构的外侧与外壳内侧之间设有滑轨机构。6.根据权利要1所述的非合作目标卫星捕获装置，其特征在于：所述外壳通过转台轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂宏，王宸，陈金宝，王建园，陈传志，陈萌，杨健，韩亮亮，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32