空間非合作目標(biāo)對(duì)接機(jī)構(gòu)的研究.pdf

1、空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)是航天領(lǐng)域一項(xiàng)非常重要的技術(shù)，空間站的人員往返、物資補(bǔ)給、維修以及空間營(yíng)救，失效航天器的捕獲、維修、回收或再利用都離不開(kāi)此項(xiàng)技術(shù)，我國(guó)正在進(jìn)行的登月計(jì)劃也離不開(kāi)此項(xiàng)技術(shù)。對(duì)接按捕獲目標(biāo)方式的不同，分為合作目標(biāo)對(duì)接和非合作目標(biāo)對(duì)接。合作目標(biāo)對(duì)接由于在目標(biāo)上安裝有專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的合作標(biāo)志器(用于相對(duì)位姿測(cè)量)和對(duì)接機(jī)構(gòu)，這為目標(biāo)的捕獲與控制提供了方便。而非合作目標(biāo)對(duì)接，由于目標(biāo)上沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的合作標(biāo)志器和對(duì)接機(jī)構(gòu)，且目標(biāo)星與追蹤星之間

2、沒(méi)有直接的信息交流，這給目標(biāo)的識(shí)別與捕獲帶來(lái)困難。但非合作目標(biāo)對(duì)接適應(yīng)性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。國(guó)外已在非合作目標(biāo)對(duì)接方面進(jìn)行了有關(guān)地面和空間試驗(yàn)研究，我國(guó)還處于起步階段。開(kāi)展非合作目標(biāo)對(duì)接技術(shù)研究具有十分重要的意義。
　　本文以地球同步軌道衛(wèi)星為研究對(duì)象，對(duì)用于捕獲目標(biāo)的對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究。在對(duì)各國(guó)衛(wèi)星進(jìn)行大量調(diào)研基礎(chǔ)上，確定了衛(wèi)星遠(yuǎn)地點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)為非合作目標(biāo)對(duì)接接口。該發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和形狀通常在一個(gè)較窄范圍內(nèi)，且普遍為埋入式錐形結(jié)構(gòu)，形狀上適

3、合識(shí)別和抓捕。根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸、形狀、對(duì)接初始條件設(shè)計(jì)了由三個(gè)手指及一個(gè)傘形導(dǎo)向阻尼機(jī)構(gòu)共同構(gòu)成的對(duì)接機(jī)構(gòu)。
　　對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析方面，根據(jù)衛(wèi)星噴管的尺寸和形狀求解出實(shí)現(xiàn)對(duì)接時(shí)機(jī)械手手指的運(yùn)動(dòng)軌跡，并根據(jù)此軌跡逆向求解出機(jī)械手各桿件的尺寸；在動(dòng)力學(xué)分析方面，基于拉格朗日方程的力學(xué)分析方法，從系統(tǒng)能量的角度出發(fā)對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析，同時(shí)動(dòng)力學(xué)分析也為后繼的仿真分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　對(duì)對(duì)接機(jī)

4、構(gòu)進(jìn)行了仿真分析，運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析演示了空間對(duì)接的過(guò)程，驗(yàn)證了方案設(shè)計(jì)的正確性，動(dòng)力學(xué)仿真則分析了對(duì)接碰撞過(guò)程中相互作用力情況以及對(duì)接后的逐漸穩(wěn)定的過(guò)程，并將得到的分析結(jié)果與基于欠驅(qū)動(dòng)理論所設(shè)計(jì)的對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該方案的優(yōu)越性。繼而，本文根據(jù)動(dòng)力學(xué)仿真分析得到的各零件受力情況，對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行了具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使其在滿(mǎn)足空間對(duì)接要求的條件下，改善了所設(shè)計(jì)的對(duì)接機(jī)構(gòu)的受力情況，使整個(gè)機(jī)構(gòu)的重量大大降低。最后，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的對(duì)接機(jī)構(gòu)