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1、10申请公布号CN104176280A43申请公布日20141203CN104176280A21申请号201410418638722申请日20140822B64G1/6420060171申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号72发明人李隆球周德开刘伟民邵广斌张广玉宋文平74专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人岳泉清54发明名称叉形架非合作目标对接机构57摘要叉形架非合作目标对接机构，它涉及一种非合作目标对接机构，以解决现有非合作目标对接中，没有一种对接机构能针对没有安装标准对接接口的航天器完成对接的问题，它包括抓捕机构和伸缩机构；抓捕机构包。
2、括底座、锥齿轮副、滑轨支架、第一电机、上盖、支撑架、第一丝杠副、三个末端夹持爪、三个第一滑块、三个第一滑轨、三个滚子和三组四连杆机构；伸缩机构包括第二电机、第二丝杠副、上座、下座、四组叉形铰接架和四组滑动组件；上座和下座之间布置有抓捕机构，三组四连杆机构穿过上座，三个末端夹持爪布置在上座上部，上座和下座之间沿第一丝杠副的周向均布设置有四组叉形铰接架和四组滑动组件。本发明用于航空航天非合作目标的对接。51INTCL权利要求书2页说明书4页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书4页附图3页10申请公布号CN104176280ACN104176280A1/2页2。
3、1叉形架非合作目标对接机构，其特征在于它包括抓捕机构A和伸缩机构B；抓捕机构A包括底座1、锥齿轮副3、滑轨支架4、第一电机5、上盖10、支撑架13、第一丝杠副14、三个末端夹持爪8、三个第一滑块6、三个第一滑轨7、三个滚子9和三组四连杆机构11；上盖10布置在底座1的上方，上盖10和底座1之间安装有与二者连接的滑轨支架4，滑轨支架4上沿上盖10的周向均布安装三个滑轨7，底座1上安装有轴向水平设置的第一电机5，锥齿轮副3中的其中一个锥齿轮31的轴向水平设置，第一电机5的输出轴安装在锥齿轮副3的其中一个锥齿轮31上，第一丝杠副14的丝杠141的一端安装在锥齿轮副3的剩余一个锥齿轮31上，第一丝杠副。
4、14的丝杠141的另一端转动安装在上盖10的中部，第一丝杠副14的丝母142外侧面固接有支撑架13，支撑架13上安装有三个第一滑块6，三个第一滑块6分别与三个第一滑轨7一一对应设置，第一滑块6滑动安装在第一滑轨7上；每相邻两个滑块6之间布置有一个滚子9和一组四连杆机构11，三个末端夹持爪8布置在上盖10的上部，滚子9转动安装在上盖10的下方，每组四连杆机构11的第一连杆111与支撑架13连接，每组四连杆机构11的第二连杆112贴靠滚子9，每组四连杆机构11的第四连杆114与一个末端夹持爪8连接；伸缩机构B包括第二电机27、第二丝杠副28、上座26、下座29、四组叉形铰接架24和四组滑动组件；上。
5、座26布置在下座29的上方，上座26和下座29之间布置有抓捕机构A，上盖10与上座26连接，三组四连杆机构11穿过上座26，三个末端夹持爪8布置在上座26上部，上座26和下座29之间沿第一丝杠副14的周向均布设置有四组叉形铰接架24和四组滑动组件；每组滑动组件包括两个第二滑块25和两个第二滑轨22；两个第二滑轨22分别固接在上座26和下座29上，两个第二滑块25正对设置且滑动安装在相对应的第二滑轨22上；每组叉形铰接架24的上部的一端与上座26铰接，另一端与上座26相对应的第二滑轨25铰接，每组叉形铰接架24的下部的一端与下座29铰接，另一端与下座29相对应的第二滑轨25铰接；下座29上固装有。
6、轴向水平设置的第二电机27和第二丝杠副28，第二电机27的输出端与第二丝杠副28的丝杠连接，第二丝杠副28的丝母与下座29上布置的任意一个第二滑块25连接。2根据权利要求1所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于所述的滑轨支架4包括三个支撑杆41，三个支撑杆41沿上盖10的周向均布设置，每个支撑杆41上安装有一个滑轨7，三个支撑杆41分别与上盖10和底座1连接。3根据权利要求1或2所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于所述的底座1和上盖10呈圆形。4根据权利要求3所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于所述上座26和下座29呈方形。5根据权利要求1、2或4所述的叉形架非合作目标对接机构。
7、，其特征在于每组叉形铰接架24为三级叉形铰接架。6根据权利要求5所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于每个末端夹持爪8包括本体81和弧形杆82，每组四连杆机构11的第四连杆114与本体81权利要求书CN104176280A2/2页3连接，本体81的两端分别固接有弧形杆82，三个末端夹持爪8展开后的多个弧形杆82围成圆形。7根据权利要求1、2、4或6所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于所述对接机构还包括缓冲平台31、至少三个弹簧柱32和与弹簧柱32数量相一致的螺旋弹簧33，位于三个末端夹持爪8之间的上盖10的上表面上沿第一丝杠副14的周向均布固装有至少三个弹簧柱32，每个弹簧柱32上套。
8、装有一个螺旋弹簧33，缓冲平台31布置在上盖10的上方，且缓冲平台31插装在弹簧柱32上并顶靠螺栓弹簧33。8根据权利要求7所述的叉形架非合作目标对接机构，其特征在于所述对接机构还包括钢丝绳滑轮组件23，钢丝绳滑轮组件23包括钢丝绳231和四个滑轮232，四个滑轮232阵列布置，位于四组叉形铰接架24内的下座29上固装有阵列布置的四个滑轮232，钢丝绳231绕过四个滑轮232并穿过下座29上布置的四个第二滑块25。权利要求书CN104176280A1/4页4叉形架非合作目标对接机构技术领域0001本发明涉及一种非合作目标对接机构，属于航天技术领域。背景技术0002空间技术的飞速发展对航天器应用。
9、技术的研究提出了新的要求和挑战，为拓展航天器的功能与应用范畴，各国纷纷开展各种空间应用技术的研究。从上世纪六十年代初期开始，各国展开了对空间交会对接技术的研究，前苏联和美国首先进行了大量的空间交会对接研究，并在实践中成功应用。空间交会对接可以分为合作目标对接和非合作目标对接两类。目前，合作目标对接在技术上已经相当成熟，投入应用的合作目标对接机构包括两类锥杆式和周边式。前苏联首次将锥杆式对接机构应用于“联盟号”飞船，这种对接方式结构简单、重量轻，被大量使用。美国和前苏联专家首次将异体同构周边式对接机构应用在1975年的阿波罗和联盟号对接计划中，这种机构通用性强，应用广泛。而空间非合作目标对接技术。
10、的研究开展较晚，从上世纪末期才初步开始。美国、德国、日本等国纷纷开展基于对非合作目标的在轨服务技术的研究，提出了多种非合作目标在轨服务技术方案和验证计划。到目前为止，仅有几个国家对此进行了实验，相关研究基本上都处于样机和初步实验验证阶段。0003非合作目标是指在交会对接过程中，是指在目标航天器状态未知，没有专有的对接接口且无法通信的情况下进行对接。也即无法向服务卫星提供专用对接接口与相对状态等对接所需信息的航天器。航空与空间工程局、美国空间研究委员会在哈勃望远镜修复计划的报告中定义过非合作目标的概念，他们指出“非合作目标是指那些没有安装通讯应答机或其他传感器的目标，其他航天器不能通过发射信号或。
11、电子讯问等方式来对此类目标进行识别或定位”。目前所选定的服务对象的非合作特性的表征不同，但都有这样的特点没有所需的对接接口、无法与之进行对接通信、没有安装合作标志器。这给交会测量、对接等操作增加了难度。在非合作情况下对目标进行识别、测量和抓捕等操作成为非合作目标对接的技术难点。发明内容0004本发明是为解决现有非合作目标对接中，没有一种对接机构能针对没有安装标准对接接口的航天器完成对接的问题，进而提供一种叉形架非合作目标对接机构。0005本发明为解决上述问题采取的技术方案是本发明的叉形架非合作目标对接机构包括抓捕机构和伸缩机构；抓捕机构包括底座、锥齿轮副、滑轨支架、第一电机、上盖、支撑架、第一。
12、丝杠副、三个末端夹持爪、三个第一滑块、三个第一滑轨、三个滚子和三组四连杆机构；0006上盖布置在底座的上方，上盖和底座之间安装有与二者连接的滑轨支架，滑轨支架上沿上盖的周向均布安装三个滑轨，底座上安装有轴向水平设置的第一电机，锥齿轮副中的其中一个锥齿轮的轴向水平设置，第一电机的输出轴安装在锥齿轮副的其中一个锥齿说明书CN104176280A2/4页5轮上，第一丝杠副的丝杠的一端安装在锥齿轮副的剩余一个锥齿轮上，第一丝杠副的丝杠的另一端转动安装在上盖的中部，第一丝杠副的丝母外侧面固接有支撑架，支撑架上安装有三个第一滑块，三个第一滑块分别与三个第一滑轨一一对应设置，第一滑块滑动安装在第一滑轨上；0。
13、007每相邻两个滑块之间布置有一个滚子和一组四连杆机构，三个末端夹持爪布置在上盖的上部，滚子转动安装在上盖的下方，每组四连杆机构的第一连杆与支撑架连接，每组四连杆机构的第二连杆贴靠滚子，每组四连杆机构的第四连杆与一个末端夹持爪连接；0008伸缩机构包括第二电机、第二丝杠副、上座、下座、四组叉形铰接架和四组滑动组件；上座布置在下座的上方，上座和下座之间布置有抓捕机构，上盖与上座连接，三组四连杆机构穿过上座，三个末端夹持爪布置在上座上部，上座和下座之间沿第一丝杠副的周向均布设置有四组叉形铰接架和四组滑动组件；0009每组滑动组件包括两个第二滑块和两个第二滑轨；两个第二滑轨分别固接在上座和下座上，两。
14、个第二滑块正对设置且滑动安装在相对应的第二滑轨上；每组叉形铰接架的上部的一端与上座铰接，另一端与上座相对应的第二滑轨铰接，每组叉形铰接架的下部的一端与下座铰接，另一端与下座相对应的第二滑轨铰接；下座上固装有轴向水平设置的第二电机和第二丝杠副，第二电机的输出端与第二丝杠副的丝杠连接，第二丝杠副的丝母与下座上布置的任意一个第二滑块连接。0010本发明的有益效果是第二电机驱动第二丝杠副使第二滑块在第二滑轨上做直线运动从而使连接在第二滑块的叉形铰接架实现伸缩，最终带动上座及抓捕机构能上下移动。本发明结构简单，设计合理。本发明用于完成与没有安装标准对接接口的航天器对接，针对没有安装标准对接接口的航天器完。
15、成对接，对接捕获能迅速完成且少依赖甚至不依赖于航天器外部。叉形架机构压缩率高，保证了对接机构能够以很小的轴向尺寸实现对远距离目标的抓捕。使用了四组叉形架机构实现抓捕机构的移动，保证了对抓捕机构支撑的平稳，避免倾斜；环形接触的末端夹持爪与缓冲平台的综合作用可使喷管与抓捕机构弹性接触并被成功捕获，避免了使用伸出的伞状机构，简化了机构，大大缩短了对接机构的轴向尺寸。附图说明0011图1是本发明叉形架非合作目标对接机构的立体结构示意图，图2是本发明叉形架非合作目标对接机构的抓捕机构立体结构示意图，图3是本发明叉形架非合作目标对接机构的抓捕机构的主剖面结构示意图。具体实施方式0012具体实施方式一结合图。
16、1图3说明，本实施方式的叉形架非合作目标对接机构包括抓捕机构A和伸缩机构B；抓捕机构A包括底座1、锥齿轮副3、滑轨支架4、第一电机5、上盖10、支撑架13、第一丝杠副14、三个末端夹持爪8、三个第一滑块6、三个第一滑轨7、三个滚子9和三组四连杆机构11；0013上盖10布置在底座1的上方，上盖10和底座1之间安装有与二者连接的滑轨支架4，滑轨支架4上沿上盖10的周向均布安装三个滑轨7，底座1上安装有轴向水平设置的说明书CN104176280A3/4页6第一电机5，锥齿轮副3中的其中一个锥齿轮31的轴向水平设置，第一电机5的输出轴安装在锥齿轮副3的其中一个锥齿轮31上，第一丝杠副14的丝杠141。
17、的一端安装在锥齿轮副3的剩余一个锥齿轮31上，第一丝杠副14的丝杠141的另一端转动安装在上盖10的中部，第一丝杠副14的丝母142外侧面固接有支撑架13，支撑架13上安装有三个第一滑块6，三个第一滑块6分别与三个第一滑轨7一一对应设置，第一滑块6滑动安装在第一滑轨7上；0014每相邻两个滑块6之间布置有一个滚子9和一组四连杆机构11，三个末端夹持爪8布置在上盖10的上部，滚子9转动安装在上盖10的下方，每组四连杆机构11的第一连杆111与支撑架13连接，每组四连杆机构11的第二连杆112贴靠滚子9，每组四连杆机构11的第四连杆114与一个末端夹持爪8连接；0015伸缩机构B包括第二电机27、。
18、第二丝杠副28、上座26、下座29、四组叉形铰接架24和四组滑动组件；上座26布置在下座29的上方，上座26和下座29之间布置有抓捕机构A，上盖10与上座26连接，三组四连杆机构11穿过上座26，三个末端夹持爪8布置在上座26上部，上座26和下座29之间沿第一丝杠副14的周向均布设置有四组叉形铰接架24和四组滑动组件；0016每组滑动组件包括两个第二滑块25和两个第二滑轨22；两个第二滑轨22分别固接在上座26和下座29上，两个第二滑块25正对设置且滑动安装在相对应的第二滑轨22上；每组叉形铰接架24的上部的一端与上座26铰接，另一端与上座26相对应的第二滑轨25铰接，每组叉形铰接架24的下部。
19、的一端与下座29铰接，另一端与下座29相对应的第二滑轨25铰接；下座29上固装有轴向水平设置的第二电机27和第二丝杠副28，第二电机27的输出端与第二丝杠副28的丝杠连接，第二丝杠副28的丝母与下座29上布置的任意一个第二滑块25连接。0017本实施方式的四连杆机构11包括第一连杆111、第二连杆112、第三连杆113和第四连杆11；本实施方式可在第一连杆111的侧面加工凹槽，便于第一连杆111贴靠滚子9移动，本实施方式的四连杆机构的第一连杆111能上升至滚子9处停止上升运动。本实施方式具体使用时，设计三个滚子支撑架30，滚子支撑架30固装在上盖10的下方，滚子9转动安装在滚子支撑架30上。0。
20、018具体实施方式二结合图2和图3说明，本实施方式所述的滑轨支架4包括三个支撑杆41，三个支撑杆41沿上盖10的周向均布设置，每个支撑杆41上安装有一个滑轨7，三个支撑杆41分别与上盖10和底座1连接。如此设置，三个支撑杆之间构成加大的空间，便于第一丝杠副、锥齿轮副和第一电机的拆装。其它与具体实施方式一相同。0019具体实施方式三结合图2说明，本实施方式所述的底座1和上盖10呈圆形。如此设置，占用空间小，结构简单。其它与具体实施方式一或二相同。0020具体实施方式四结合图1说明，本实施方式所述的上座26和下座29呈方形。如此设置，便于叉形铰接架的排布，结构简单。其它与具体实施方式三相同。002。
21、1具体实施方式五结合图1说明，本实施方式的每组叉形铰接架24为三级叉形铰接架。如此设置，强度大，运行稳定可靠。其它与具体实施方式一、二或四相同。0022具体实施方式六结合图2和图3说明，本实施方式的每个末端夹持爪8包括本体81和弧形杆82，每组四连杆机构11的第四连杆114与本体81连接，本体81的两说明书CN104176280A4/4页7端分别固接有弧形杆82，三个末端夹持爪8展开后的多个弧形杆82围成圆形。如此设置，抓捕机构的末端采用了环形接触的方式，保证对喷管远距离的的有效抓捕，相对于点接触的方式，避免了喷管在接触点之间的空隙逃脱，便于对接件远距离喷管的包络抓捕，捕获稳定可靠。其它与具体。
22、实施方式五相同。0023具体实施方式七结合图3说明，本实施方式所述的对接机构还包括缓冲平台31、至少三个弹簧柱32和与弹簧柱32数量相一致的螺旋弹簧33，位于三个末端夹持爪8之间的上盖10的上表面上沿第一丝杠副14的周向均布固装有至少三个弹簧柱32，每个弹簧柱32上套装有一个螺旋弹簧33，缓冲平台31布置在上盖10的上方，且缓冲平台31插装在弹簧柱32上并顶靠螺栓弹簧33。如此设置，三个夹持爪抓捕对接件远距离喷管后捕捉机构收回，缓冲平台和螺旋弹簧有力避免了远距离喷管对上盖的硬碰撞，能起到很好的缓冲作用。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。0024具体实施方式八结合图1说明，本实施方式所述的对。
23、接机构还包括钢丝绳滑动组件21，钢丝绳滑轮组件23包括钢丝绳231和四个滑轮232，四个滑轮232阵列布置，位于四组叉形铰接架24内的下座29上固装有阵列布置的四个滑轮232，钢丝绳231绕过四个滑轮232并穿过下座29上布置的四个第二滑块25。如此设置，采用钢丝绳滑轮组件更加保证了第二滑块25的稳定运行，第二滑块由钢丝绳串联起来，保证了运动的同步性，从而保证了叉形铰接架运动的直线度，更加增强了叉形铰接架稳定的上下伸缩运动，也提高了抓捕机构准确的对远距离喷管的抓捕。其它与具体实施方式七相同。0025工作原理0026结合图1图3说明，为实现对远距离喷管的有效抓捕，具体工作过程如下在准备进行对接工。
24、作之前，伸缩机构带动抓捕机构上升至喷管位置，同时，抓捕机构的第一电机驱动第一丝杠副和四连杆机构上升至三个末端夹持爪呈打开状态。此刻本体卫星给出抓捕命令，第一电机的反向驱动下，三个末端夹持爪在第一丝杠副和四连杆机构的带动下快速收拢并向回收缩，将喷管包围在工作空间内，此时伸缩机构带动抓捕机构的三个末端夹持爪缓慢闭合收回，完成抓捕。在释放过程中，抓捕机构的第一丝杠副驱动四连杆机构上升，三个末端夹持爪上升并打开，喷管将在缓冲平台的弹性作用下远离对接机构，无需启动叉形架伸缩机构。说明书CN104176280A1/3页8图1说明书附图CN104176280A2/3页9图2说明书附图CN104176280A3/3页10图3说明书附图CN104176280A10。