[发明专利]一种解耦的四自由度软对接机构

说明书

本发明涉及空间机器人研究和工程领域，具体是一种解耦的四自由度软对接机构，包括传动机构、阻尼缓冲组件和传感组件。所述的传动机构主要包括离合器、十字轴结构、旋转内壳、旋转外壳、电磁制动滑块和滑轨等；阻尼缓冲组件主要包括直线式磁流变阻尼器、旋转式磁流变阻尼器、直线弹簧机构和扭转弹簧机构等；传感组件包括编码器、直线位移传感器等。所述的软对接机构主要利用离合器、电磁制动滑块和阻尼缓冲组件中的磁流变阻尼器控制对接机构的总体柔性，根据操作任务可实现空间六维动量卸载，从而实现空间操作的软对接。

技术领域

本发明涉及空间机器人研究和工程领域，具体是一种解耦的四自由度软对接机构。

背景技术

随着空间科学技术的发展，人类对太空探索的脚步日益加快，空间交会对接技术已成为当前航天技术研究的重要领域，是拓展新型航天装备、避免航天员舱外操作带来的高风险的有效途径。在空间交会对接过程中，两航天器会发生相互接触碰撞，动量传递不对称，为避免航天器在碰撞过程中造成不必要的损伤变形，保证接航天器的安全，实现可靠对接，在对接机构上设计阻尼缓冲系统，实现具有动量卸载功能的软对接。

目前的空间对接技术所采用的对接机构中，主要有锥—杆式对接系统、飞网技术、电磁对接、刚性机械臂式等。以上对接机构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，在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，对空间对接的瞬间位姿扰动要求也极高。

发明内容

本发明针对现有空间机器人对接操作过程中的能量冲击，以及两航天器在各种复杂空间条件下能量阶跃式传递的难题，设计了一种解耦的四自由度软对接机构，在笛卡尔坐标系中具有绕X、Y、Z轴旋转和沿Z轴平移的四个自由度，且各自由度之间互不干涉；机构中设计了阻尼缓冲组件，使机构具备空间六维动量卸载的能力，从而能实现航天器对接过程中的平稳软对接，降低当前空间操作硬对接带来的各种风险，拓展空间机器人操作的应用性和可靠性。本机构中设计了离合器和电磁制动滑块来控制转动副的相对转动和移动副的相对移动，当机构不执行对接任务时将各运动副锁紧，使机构呈现刚性；当执行对接任务时将各运动副放松，使机构呈现柔性。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种解耦的四自由度软对接机构，主要包括传动机构、阻尼缓冲组件和传感组件。

所述传动机构是主要由固定板(101)、旋转外壳(107)、旋转内壳(108)、支架一(310)、支架二(305)、支架三(112)、支架四(103)、支架五(113)、支架六(102)、支架七(106)、支架八(111)、支架九(110)、支架十(109)、联轴器(402)、旋转主轴Z(411)、旋转主轴Z固连件(406)、深沟球轴承一(407)、深沟球轴承二(409)、套筒(408)、离合器X(203)、离合器Y(207)、离合器Z(403)、电磁制动滑块一(301)、电磁制动滑块二(308)、滑轨一(302)、滑轨二(309)、直线阻尼器固定座(306)组成的机械结构。阻尼缓冲组件主要由扭转弹簧座X(105)、扭转弹簧座Y(210)、扭转弹簧座Z(410)、扭簧固连件(206)、扭转弹簧X(204)、扭转弹簧Y(209)、扭转弹簧Z(404)、旋转式磁流变阻尼器X(201)、旋转式磁流变阻尼器Y(202)、旋转式磁流变阻尼器Z(401)、阻尼轴Z(413)、十字轴(104)、直线弹簧Z(304)、直线式磁流变阻尼器(303)组成。传感组件由直线位移传感器(307)、编码器X(205)、编码器Y(208)、编码器Z(405)组成，主要用于绕X、Y、Z轴旋转和沿Z轴平移的运动参数测量。