非合作目标卫星三臂型对接机构及其力学分析.pdf

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1、第32卷2015年第l期上海AEROSPACE航天SHANGHAI5文章编号：1006一1630(2015)01一o005一07非合作目标卫星三臂型对接机构及其力学分析李隆球1、2，张广玉1，柏合民2，陈萌2，范佐1(1．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001；2．上海市空间飞行器机构重点实验室，上海201109)摘要：针对非合作目标卫星对接机构的特点及设计要求，选择发动机喷管作为对接接口，设计了一种三臂型非合作目标卫星对接机构，进行了相关运动学和动力学分析。用DH矩阵法分析了对接机构的正运动学和逆运动学，建立

2、了末端执行器的位姿与关节变量的关系。用拉格朗日方程分析了机械臂关节所受力矩，推导出了关节力矩与运动学参数间的关系，验证了对接机构的捕获能力，用ADAMS进行了对接仿真。理论分析和仿真结果验证了设计机构的正确性，为非合作目标卫星对接机构的后续设计提供了依据。关键词：非合作目标卫星；对接机构；力学分析；仿真中图分类号：V526文献标志码：ADesignandMechanicalAnalysisforaThree_ArmNon—CooperativeTargetSatelliteDockingMechanismLILong—qiu

3、l～，ZHANGGuang—yul，BAIHe—min2，CHENMen92，FANZu01(1．SchoolofMechanicalEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，Heilon翻iang，China；2．ShanghaiKeyLaboratoryofSpacecraftMechanism，Shanghai201109，China)Abstract：Accordingtotherequirementandthefeatureofanon—coopera

4、tivetargetsatellitedockingmechanism，athree—armnon—cooperativetargetsatellitedockingmechanismwasproposedassumedtheenginenozzleasadockinginterfaceinthispaper．Thekinematicsanddynamicsanalysiswereperformedforthedockingmechanism．The[卜Hmatrixmethodwasemployedtoanalyzethe

5、kinematicsandinversekinematicsproblemofthedockingmechanism．Therelationshipbetweenthepositionandpostureoftheendeffectorsandthejointvariableswerebuilt．TheLagrangeequationwasusedtoanaIyzethesufferedtorqueofthemanipulatorjoint．Therelationshipbetweenjointtorquesandkinem

6、aticparameterswhichcouldbeusedtoverifythecaptureofthedockingmechanismwasdeduced．ThesimulationofthedockingmechanismwascarriedoutusingADAMS．Theresultsoftheoryandsimulationshowedthatthisworkwasusefulforthedetaileddesignofnon—cooperativedockingmechanism．Keywords：Non—co

7、operativetargetsatellite；[)0ckingmechanism；Mechanicalanalysis；simulation0引言空间对接是指目标与追踪飞行器在完成交会后，在空间轨道上接近、接触、捕获和校正，紧固连接成一个复合的飞行器整体以及最后分离的过程[1]。空间对接是实现空间站在轨建造和运营，发展深空探测，实现航天器在轨加注、在轨模块更换、在轨维修等在轨服务的关键技术‘2

8、。20世纪60年代，前收稿日期：2013一01一07；修回日期：2013一02—15作者简介：李隆球(1982一)，男，博士，副

9、教授，主要研究方向为航天装备机电一体化技术和微纳机电系统。苏联首先实现了宇宙一186与宇宙一188无人航天器的自动交会对接[3]。中国在2011年11月实现了神舟八号飞船与天宫一号目标飞行器空间交会对接。这两种对接以及与空间站等的对接都属于大型航天器的合作目标对接。空间非合作目标是指不是为