【摘要】：隨著人類對(duì)太空的探索和開發(fā),太空任務(wù)的需求日益增多,空間在軌服務(wù)技術(shù)越來(lái)越受關(guān)注,空間在軌抓捕技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)在軌加注燃料、組裝空間站、空間救援等空間在軌服務(wù)任務(wù)的基礎(chǔ)也成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn),各國(guó)都開始對(duì)此類技術(shù)進(jìn)行深入的研究。本文以空間在軌服務(wù)中的衛(wèi)星救援、輔助變軌任務(wù)為應(yīng)用背景,提出了一種可折展縮放、適應(yīng)多種尺寸目標(biāo)的多面體網(wǎng)型空間抓捕機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)以3-RRS并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)為主體構(gòu)型,將Bricard閉環(huán)縮放機(jī)構(gòu)作為末端執(zhí)行器與3-RRS并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)結(jié)合在一起,二者共同組成抓捕機(jī)構(gòu)的原理構(gòu)型。1)通過(guò)對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)行可變形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),提出抓捕功能與操作功能相集成的多面體網(wǎng)型空間機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)整體由3自由度的3-RRS并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)和1自由度的Bricard閉環(huán)縮放機(jī)構(gòu)(可變形平臺(tái))組成,基于自由度分析,機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)1自由度平臺(tái)縮放、4自由度整體縮放和3自由度操作功能;2)通過(guò)縮放功能與操作功能的組合,多面體網(wǎng)型抓捕機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)滿足在軌服務(wù)抓捕需求的手爪式與網(wǎng)式抓捕運(yùn)動(dòng),并進(jìn)行了策略規(guī)劃。抓捕遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí),通過(guò)對(duì)3-RRS并聯(lián)操作機(jī)構(gòu)的支鏈控制使可變形平臺(tái)運(yùn)動(dòng)至最遠(yuǎn)端,配合作為手爪的可變形平臺(tái)實(shí)現(xiàn)手爪式抓捕;抓捕近距離目標(biāo)時(shí),通過(guò)機(jī)構(gòu)整體的收縮變形實(shí)現(xiàn)網(wǎng)式抓捕;3)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)抓捕后,可通過(guò)三支鏈的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)操作功能�？勺冃纹脚_(tái)完成抓捕后鎖死使機(jī)構(gòu)整體等效為3-RRS并聯(lián)操作機(jī)構(gòu),此時(shí)可實(shí)現(xiàn)兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)(2R1T)的運(yùn)動(dòng),用以滿足后續(xù)操作所需的角度與距離微調(diào)。本文對(duì)該機(jī)構(gòu)的自由度、運(yùn)動(dòng)學(xué)正/逆解、奇異位形和工作空間進(jìn)行了分析,將該機(jī)構(gòu)用于空間在軌抓捕的動(dòng)作模式進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上,運(yùn)用ADAMS機(jī)械仿真軟件構(gòu)建機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型,對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析,還結(jié)合機(jī)構(gòu)的工況環(huán)境,對(duì)機(jī)構(gòu)的抓捕性能進(jìn)行了仿真測(cè)驗(yàn)。以仿真得到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了原理樣機(jī)設(shè)計(jì)、加工與組裝,并進(jìn)行了地面平臺(tái)試驗(yàn)。地面平臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的空間抓捕機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)明確,可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的折展、調(diào)姿和兩種抓捕動(dòng)作。本文提出了一種可用于空間在軌抓捕任務(wù)的新型機(jī)構(gòu),并分析了該新型機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性,結(jié)合相關(guān)軟件進(jìn)行了仿真分析,最后進(jìn)行了實(shí)物樣機(jī)研制和試驗(yàn),證明了結(jié)論的正確性,為空間抓捕機(jī)構(gòu)的研究提供了新思路。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V423
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１－２邋ＦＲＥＮＤ邋ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ邋ｉｎ邋ｔｅｓｔ逡逑（２）邋“錐一桿”式機(jī)構(gòu)抓捕方案逡逑歐洲研發(fā)的“錐型快車”（ＣＸ－ＯＬＥＶ）空間飛行器Ｍ和ＳＭＡＲＴ＿ＯＬＥＶ空間飛逡逑行器采用的是“錐一桿”式的抓捕機(jī)構(gòu)方案，如圖１－３所示。由于抓捕機(jī)構(gòu)的逡逑整體造型呈錐狀，其核心抓捕部件是一根細(xì)長(zhǎng)的桿件，因此得名“錐一桿”式抓逡逑捕機(jī)構(gòu)。該方案通過(guò)把核心部件細(xì)桿探入需要抓捕的目標(biāo)飛行器的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的逡逑內(nèi)部，再利用自身的鎖緊裝置將桿件和噴管二者固連鎖死，來(lái)達(dá)成對(duì)目標(biāo)飛行器逡逑的穩(wěn)定抓捕［１１］。在抓捕完成后，服務(wù)飛行器可對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行后續(xù)的燃料補(bǔ)充、逡逑零部件替換等操作，同時(shí)，服務(wù)飛行器也可以拖動(dòng)目標(biāo)飛行器幫助其進(jìn)行軌道的逡逑變換。下面對(duì)“錐一桿”式抓捕機(jī)構(gòu)的工作原理（如圖１－４所示）進(jìn)行詳述。逡逑“錐一桿”式抓捕機(jī)構(gòu)是以某一類飛行器都具備有發(fā)動(dòng)機(jī)噴管和星箭對(duì)接環(huán)逡逑這兩種特殊結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)而設(shè)計(jì)的，因其特性，該種抓捕機(jī)構(gòu)方案對(duì)大部分的地逡逑球同步軌道（Ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ邋Ｅａｒｔｈ邋Ｏｒｂｉｔ，ＧＥＯ）飛行器都可以使用，對(duì)此類飛行器逡逑有著較高的適用性。此種抓捕機(jī)構(gòu)大致可以分解成兩個(gè)子系統(tǒng)：一個(gè)子系統(tǒng)是針逡逑對(duì)飛行器上的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的對(duì)接機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)主要包含了一套伸縮驅(qū)動(dòng)逡逑

與目標(biāo)飛行器之間完成了穩(wěn)定的固連，二者之間的相對(duì)位姿不會(huì)再發(fā)生變化［１２］。逡逑Ｍｋｍ逡逑圖１－３邋“錐一桿”式抓捕機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋＂Ｃｏｎｅ－ｒｏｄ＂邋ｔｙｐｅ邋ｃａｐｔｕｒｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑ｆ—逡逑ｆ＂邋＿了邋半：，逡逑ｊ－邋■邐▲邋：－邐４邐１邐Ｉ逡逑ａ邋ｆａ邋ａ邋ｍｋＡ逡逑１邐＾邐邐ｉｎｉ邋ｍｍ邋以廣—？邋＾、＂一逡逑圖１－４ＣＸ－０ＬＥＶ抓捕機(jī)構(gòu)工作原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＣＸ－ＯＬＥＶ邋ｃａｐｔｕｒｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑４逡逑

ａ邋ｆａ邋ａ邋ｍｋＡ逡逑１邐＾邐邐ｉｎｉ邋ｍｍ邋以廣—？邋＾、＂一逡逑圖１－４ＣＸ－０ＬＥＶ抓捕機(jī)構(gòu)工作原理圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＣＸ－ＯＬＥＶ邋ｃａｐｔｕｒｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2792106