一种长行程小型化对接机构设计与分析

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1、第２２卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．６２０１６年１２月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＤｅｃ．２０１６一种长行程小型化对接机构设计与分析１，２１１１１李隆球，邵广斌，周德开，刘伟民，王敬轩（１．哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，哈尔滨１５０００１）摘要：针对故障航天器和太空垃圾的在线对接与操作问题，基于非合作目标对接技术的要求和特点，提出了一种以卫星远地点发动机喷管为对接接口的长行程小型化的对接机构方案。设计了对接机构的具体结构并建立其三维模型，并根据此模型，对对接机构的包络范围进行了求解分析；使

2、用ＡＤＡＭＳ软件对机构进行了动力学仿真，研究了对接过程中目标喷管的运动学特性，分析了末端机构与目标的碰撞接触情况及机械臂中各关节受力情况。计算与仿真结果表明：所提对接机构能够对目标进行有效、可靠的对接。关键词：长行程小型化；非合作目标；对接机构中图分类号：Ｖ１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０６⁃０７５８⁃０８ＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＬｏｎｇ⁃ｓｔｒｏｋｅａｎｄＭｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄＤｏｃｋｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍ１，２１１１１ＬＩＬｏｎｇｑｉｕ，ＳＨＡＯＧｕａｎｇｂｉｎ，ＺＨＯＵＤｅｋａｉ，ＬＩＵＷｅｉｍｉｎ，ＷＡＮＧＪｉ

3、ｎｇｘｕａｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｏｎｌｉｎｅｄｏｃｋｉｎｇａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｆａｉｌｅｄｓｐａｃｅｃｒａｆｔｏｒｓｐａｃｅｄｅｂｒｉｓ，ａｍｉｎｉａ⁃ｔｕｒｉｚｅｄｌｏｎｇ⁃ｓｔｒｏｋｅｄｏｃｋｉｎｇｍ

4、ｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃ⁃ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｎｏｎ⁃ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｄｏｃｋｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＴｈｅｄｏｃｋｉｎｇｔａｒｇｅｔｗａｓｔｈｅｅｆｆｕｓｅｏｆａｓａｔｅｌｌｉｔｅｏｎｔｈｅＧＥＯ．Ｔｈｅｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｓｐａｃｅｏｆｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓ

5、ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅｋｉｎｅｍａｔ⁃ｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｕｓｉｎｇＡＤＡＭＳｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔａｒｇｅｔｓａｔｅｌｌｉｔｅａｎｄｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａ⁃ｎｉｓｍ，ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｆｏｒｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｆｆｕｓｅａｎｄｔｈｅｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｊｏｉｎｔｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｏｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ

6、．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄｌｏｎｇｓｔｒｏｋｅｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｏｕｌｄｃａｐｔｕｒｅｔｈｅｔａｒｇｅｔｓａｔｅｌｌｉｔｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｒｅｌｉａｂｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｎｇ⁃ｓｔｒｏｋｅａｎｄｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ；ｎｏｎ⁃ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｔａｒｇｅｔ；ｄｏｃｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ究，完成了大量的空间演示和试验，取得了一定成１引言就。德国航天局开展的以在轨维修及装配为目的［２］空间交会对接技术指使两个航天器在空间轨的ＴＥＣＳＡＳ／ＤＥＯＳ研究计划、美国

7、以目标卫星［３⁃５］道上对接合并，在结构上成为一个整体的技轨道操作为目标的ＦＲＥＮＤ项目以及在此基［１］［６⁃７］术，具有重要的空间应用价值和前景，美国、欧础上开展的“凤凰计划”都是非合作目标对接洲、日本等已对空间自主交会对接、空间机器人等技术研究的先行代表。国内哈尔滨工业大学的张非合作目标对接的前期基础技术进行了大量研广玉等以地球同步轨道卫星为对接捕获目标设计收稿日期：２０１６⁃０５⁃１０；修回日期：２０１６⁃１１⁃０３基金项目：上海市空间飞行器机构重点实验室开放课题基金资助项目（０６ＤＺ２２１０５）作者简介：李隆球（１９８２－），男，博士，教授，研究方向为航