本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域，尤其涉及一種航天器對(duì)接系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：空間對(duì)接系統(tǒng)可以使兩個(gè)航天器在空間軌道上結(jié)合并在結(jié)構(gòu)上連接成一個(gè)整體。廣泛應(yīng)用于空間站、空間實(shí)驗(yàn)室、空間通信和遙感平臺(tái)等大型設(shè)施在軌裝配、回收、補(bǔ)給、維修以及空間救援等領(lǐng)域。例如：神舟十號(hào)飛船與天宮一號(hào)通過對(duì)接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩者之間剛性連接，航天員通過對(duì)接通道從神舟飛船進(jìn)入到天宮一號(hào)實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)。大部分的對(duì)接系統(tǒng)都有一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括鎖、鎖鉤和其他的機(jī)構(gòu)。一般情況下，實(shí)現(xiàn)兩航天器的連接有兩種方法：對(duì)接或?？俊?duì)接操作出現(xiàn)的情況是，當(dāng)追蹤航天器(如神舟飛船)在自主機(jī)動(dòng)控制下進(jìn)入捕獲包絡(luò)范圍，與目標(biāo)航天器對(duì)接系統(tǒng)接觸碰撞(如天宮一號(hào))。?？坎僮鞒霈F(xiàn)的情況是，一個(gè)航天器(如空間站)上安裝的外部的連接裝置(如遙操作系統(tǒng)，即RMS)，連接到另一個(gè)航天器(如日本貨運(yùn)飛船)上，操縱其進(jìn)入捕獲范圍，與空間站對(duì)接系統(tǒng)接觸。對(duì)接和?？坎僮餍枰獌蓚€(gè)航天器都有一個(gè)對(duì)接裝置，從而將兩個(gè)對(duì)接裝置連接起來。下面的論述描述了在任何對(duì)接過程中的主要階段。首先是接近段，追蹤航天器運(yùn)動(dòng)到對(duì)接捕獲初始條件范圍內(nèi)。對(duì)接捕獲初始條件是預(yù)先定義的一個(gè)圍繞對(duì)接裝置的區(qū)域，在對(duì)接和?？壳氨仨殞?dǎo)引飛行器進(jìn)入該區(qū)域。第二是導(dǎo)向?qū)?zhǔn)階段，將兩個(gè)航天器對(duì)接環(huán)相互導(dǎo)向并對(duì)準(zhǔn)。這個(gè)階段通常驅(qū)動(dòng)兩飛行器相互靠近，在對(duì)接操作時(shí)，迫使對(duì)接環(huán)利用被動(dòng)導(dǎo)向?qū)崿F(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，或者利用RMS視覺提示校準(zhǔn)偏差實(shí)現(xiàn)重新對(duì)準(zhǔn)。第三是捕獲階段，主要是相互靠近的兩航天器通過捕獲裝置(如捕獲鎖)實(shí)現(xiàn)柔性連接。第四是緩沖階段，兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量和剩余的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過對(duì)接系統(tǒng)進(jìn)行吸收和消耗。第五是拉近階段，主動(dòng)對(duì)接裝置將兩飛行器拉近，通過對(duì)接框面的導(dǎo)向銷套實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。最后階段是剛性連接階段，當(dāng)兩飛行器的對(duì)接框面處于接近位置時(shí)，對(duì)接鎖工作，完成剛性連接，為兩對(duì)接面提供剛性連接力和密封力，實(shí)現(xiàn)對(duì)接通道的密封。我國(guó)神舟飛船對(duì)接系統(tǒng)為機(jī)電差動(dòng)式對(duì)接系統(tǒng)，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)部分，而撞擊能量的吸收依靠彈簧、電磁等形式的緩沖器。該對(duì)接系統(tǒng)能夠根據(jù)不同位移方向動(dòng)能的實(shí)際大小，被動(dòng)的適應(yīng)消耗各個(gè)方向的碰撞緩沖能量。但該對(duì)接系統(tǒng)非常復(fù)雜，僅差速器就有300多個(gè)傳動(dòng)齒輪，傳動(dòng)鏈中元件太多，系統(tǒng)慣性增加，降低了緩沖性能。同時(shí)重量、制造成本也大大增加。美國(guó)NASA提出了一種基于閉環(huán)力反饋控制的對(duì)接系統(tǒng)，采用數(shù)字控制裝置進(jìn)行閉環(huán)控制，此時(shí)捕獲環(huán)的伸出、拉緊、校正和撞擊能量的吸收依靠控制裝置、滾珠絲杠、伺服電機(jī)、光電編碼器、力和力矩傳感器來自動(dòng)完成。但該系統(tǒng)采用了高精度力傳感器，對(duì)實(shí)時(shí)控制裝置要求高且復(fù)雜，而且力傳感器的漂移會(huì)對(duì)對(duì)接過程產(chǎn)生不利影響，甚至在緩沖過程中引起震蕩。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服以上提到的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種航天器對(duì)接系統(tǒng)，包括主動(dòng)對(duì)接裝置和被動(dòng)對(duì)接裝置，所述主動(dòng)對(duì)接裝置包括主動(dòng)對(duì)接環(huán)和對(duì)接框體，所述主動(dòng)對(duì)接裝置還包括三組緩沖機(jī)構(gòu)，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)包括一個(gè)主緩沖器、兩個(gè)絲杠螺母組件和一個(gè)自差緩沖器，所述絲杠螺母組件的上下兩端分別活動(dòng)連接于所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)和對(duì)接框體；每組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件同時(shí)被一個(gè)所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)伸縮，兩個(gè)所述絲杠螺母組件之間還通過所述自差緩沖器互相連接，進(jìn)而通過所述自差緩沖器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件相對(duì)的伸縮調(diào)整?？蛇x的，六個(gè)所述絲杠螺母組件的下端沿所述對(duì)接框體的均勻分布，所述絲杠螺母組件通過所述自差緩沖器連接所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)，三個(gè)所述自差緩沖器沿所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)的周向均勻分布?？蛇x的，所述主緩沖器包括主緩沖電機(jī)和主緩沖傳動(dòng)組件，每組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件通過所述主緩沖傳動(dòng)組件被對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述主緩沖電機(jī)驅(qū)動(dòng)。可選的，所述主緩沖器還包括角度編碼器，所述角度編碼器被配置能夠檢測(cè)所述主緩沖傳動(dòng)組件或主緩沖電機(jī)輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度。可選的，所述自差緩沖器包括兩個(gè)齒輪和一個(gè)聯(lián)系齒輪，每個(gè)齒輪與一個(gè)所述絲杠螺母組件連接，兩個(gè)所述齒輪傳動(dòng)于同一所述聯(lián)系齒輪，所述聯(lián)系齒輪還能被一自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)控制。可選的，所述自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括自差緩沖電機(jī)，和/或彈簧結(jié)構(gòu)，和/或阻尼器，和/或離合器?？蛇x的，所述自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)通過加速或減速裝置與所述聯(lián)系齒輪連接?？蛇x的，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括主離合器；僅當(dāng)所述主離合器未打滑時(shí)，所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件伸縮，所述主離合器在完成捕獲動(dòng)作前被配置的離合力矩小于其在捕獲完成后被配置的離合力矩，所述主離合器在超出離合力矩的情況下，發(fā)生打滑?？蛇x的，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括輔緩沖離合器；僅當(dāng)所述輔緩沖離合器打滑時(shí)，所述自差緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件進(jìn)行伸縮調(diào)整，所述輔緩沖離合器在完成捕獲動(dòng)作前被配置的離合力矩小于其在捕獲完成后被配置的離合力矩，所述輔緩沖離合器在超出離合力矩的情況下，發(fā)生打滑?？蛇x的，所述主離合器和輔緩沖離合器的離合力矩通過輸入所述主離合器和輔緩沖離合器的電壓配置。可選的，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括檢測(cè)所述絲杠螺母組件伸縮位移的桿位移傳感器，和/或檢測(cè)同組中兩個(gè)絲杠螺母組件伸縮位移差值的桿自差傳感器，所述主緩沖器和自差緩沖器被依據(jù)所述桿位移傳感器和/或桿自差傳感器檢測(cè)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足對(duì)接過程中的運(yùn)動(dòng)需求?？蛇x的，所述主緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述絲杠螺母組件的伸縮驅(qū)動(dòng)，所述自差緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件相對(duì)的伸縮調(diào)整；所述桿位移傳感器和/或桿自差傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器或電位計(jì)或角度編碼器?？蛇x的，所述絲杠螺母組件包括絲桿、螺母和傳動(dòng)齒輪組，所述螺母通過所述傳動(dòng)齒輪組被所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述絲杠與所述螺母匹配，進(jìn)而通過所述螺母的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)伸縮，所述絲杠連接所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)，且同一組中的兩個(gè)絲杠通過所述自差緩沖器實(shí)現(xiàn)相對(duì)的伸縮調(diào)整。所述的航天器對(duì)接系統(tǒng)還包括控制裝置，所述主緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述絲杠螺母組件的伸縮驅(qū)動(dòng)，所述自差緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件相對(duì)的伸縮調(diào)整；所述桿位移傳感器和/或桿自差傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器。所述的航天器對(duì)接系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所檢測(cè)到的所述絲杠螺母組件的伸縮狀態(tài)對(duì)所述主緩沖器和自差緩沖器進(jìn)行控制，以滿足對(duì)接過程的運(yùn)動(dòng)需求。本發(fā)明還提供了一種航天器對(duì)接方法，采用了本發(fā)明可選方案提供的航天器對(duì)接系統(tǒng)，包括如下步驟：S1：所述主緩沖器和/或自差緩沖器被調(diào)整為捕獲模式，通過三個(gè)所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)六個(gè)所述絲杠螺母組件伸出，從而將所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)推出；S2：所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)與被動(dòng)對(duì)接裝置接觸后，所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)在相互作用力下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，依據(jù)所述主緩沖器和/或自差緩沖器采集而來的所述絲杠螺母組件的伸縮數(shù)據(jù)，通過所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)所述絲杠螺母組件進(jìn)行伸出，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的導(dǎo)向和對(duì)準(zhǔn)；S3：所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)與被動(dòng)對(duì)接裝置的被動(dòng)對(duì)接環(huán)之間通過其上的捕獲裝置實(shí)現(xiàn)柔性連接；完成柔性連接后，所述主緩沖器和/或自差緩沖器調(diào)整為緩沖模式，捕獲傳感裝置被觸發(fā)，進(jìn)入步驟S4或S5；S4：依據(jù)所述主緩沖器和/或自差緩沖器采集而來的所述絲杠螺母組件的伸縮數(shù)據(jù)，通過所述主緩沖器和/或自差緩沖器控制所述絲杠螺母組件的伸縮情況，使其達(dá)到所需姿態(tài)，其中，通過所述自差緩沖器使得一組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件的伸縮情況一致；然后，進(jìn)入步驟S6；S5：將兩個(gè)所述絲杠螺母組件伸出至極限位置，進(jìn)而完成對(duì)接環(huán)姿態(tài)的強(qiáng)制校正；然后，進(jìn)入步驟S6；S6：拉近主動(dòng)對(duì)接裝置和被動(dòng)對(duì)接裝置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)位；S7：完成剛性連接和密封；其中，緩沖模式下的所述主緩沖器和自差緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力大于捕獲模式下的所述主緩沖器和自差緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力?？蛇x的，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括主離合器和輔緩沖離合器；僅當(dāng)所述主離合器未打滑時(shí)，所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件伸縮，僅當(dāng)所述輔緩沖離合器未打滑，所述自差緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件進(jìn)行伸縮調(diào)整；在緩沖模式下的所述主離合器和輔緩沖離合器的離合力矩小于捕獲模式下的所述主離合器和輔緩沖離合器的離合力矩。本發(fā)明所提供的對(duì)接系統(tǒng)與方法，通過分組控制和自差緩沖器的引入，既不需要力傳感器參與控制，還能夠在控制裝置中避免Stwart平臺(tái)正解運(yùn)算及實(shí)時(shí)反饋控制。利用本發(fā)明，不但有效的緩沖對(duì)接過程中碰撞載荷，還可以通過在軌改變離合器的離合力矩及電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率等進(jìn)一步可選手段實(shí)現(xiàn)與不同對(duì)接質(zhì)量目標(biāo)的對(duì)接與分離，并還可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有載人航天器之間的對(duì)接。且其構(gòu)型簡(jiǎn)單、工作可靠、質(zhì)量輕，并具有經(jīng)濟(jì)性和通用性。在專利ZL201210489374.5中，公開了一種異體同構(gòu)、剛度阻尼閉環(huán)反饋控制的對(duì)接系統(tǒng)，它采用可逆向傳動(dòng)的直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，按照預(yù)置的控制規(guī)律通過6根直線驅(qū)動(dòng)裝置的電機(jī)來實(shí)現(xiàn)緩沖阻尼力。該系統(tǒng)不需要高精度的力傳感器參與，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，但該系統(tǒng)需要進(jìn)行Stwart平臺(tái)正解運(yùn)算，運(yùn)算量大，6根直線驅(qū)動(dòng)裝置獨(dú)立驅(qū)動(dòng)還存在著捕獲角度偏小等缺點(diǎn)。附圖說明圖1是本發(fā)明一可選實(shí)施例中主動(dòng)對(duì)接裝置的示意圖；圖2是本發(fā)明一可選實(shí)施例中被動(dòng)對(duì)接裝置的示意圖；圖3是本發(fā)明一可選實(shí)施例中緩沖機(jī)構(gòu)的作用示意圖；圖4是本發(fā)明一可選實(shí)施例中絲杠螺母組件的示意圖；圖5是本發(fā)明一可選實(shí)施例中主動(dòng)對(duì)接裝置的坐標(biāo)系示意圖；圖6是本發(fā)明一可選實(shí)施例中在某控制率下自差緩沖電機(jī)恒速時(shí)轉(zhuǎn)角-扭矩特性曲線；圖7是本發(fā)明一可選實(shí)施例中在某控制率下對(duì)接環(huán)Y相等效性能曲線示意圖；圖中：100－主動(dòng)對(duì)接裝置、101－主動(dòng)對(duì)接環(huán)、102－緩沖機(jī)構(gòu)、103－捕獲鎖、104－對(duì)接框體、105－對(duì)接鎖系、200－被動(dòng)對(duì)接裝置；201－被動(dòng)對(duì)接環(huán)；202－卡板器；301－主緩沖電機(jī)；302－自差緩沖電機(jī)；303－絲杠螺母組件；304－聯(lián)系齒輪；305－齒輪；306－齒輪；307－螺母；308－絲杠；309－錐齒輪；310－錐齒輪；311－錐齒輪；312－錐齒輪；313－主緩沖軸；314－轉(zhuǎn)動(dòng)框架；315－結(jié)構(gòu)框架；316－螺母框架。圖8是本發(fā)明另一可選實(shí)施例中緩沖機(jī)構(gòu)的作用示意圖；圖9是本發(fā)明另一可選實(shí)施例中主緩沖電機(jī)和主離合器的行星減速傳動(dòng)原理圖；圖10是本發(fā)明另一可選實(shí)施例中卷簧機(jī)構(gòu)的載荷特性曲線；圖11是本發(fā)明另一可選實(shí)施例中主動(dòng)對(duì)接環(huán)Y向等效性能曲線示意圖；圖12是本發(fā)明另一可選實(shí)施例中主動(dòng)對(duì)接環(huán)俯仰方向等效性能曲線示意圖；圖中：401－主緩沖器；402－自差緩沖器；403－絲杠螺母組件；404－主緩沖軸；405－主離合器；406－主緩沖電機(jī)；407－桿位移傳感器；408－聯(lián)系齒輪；409－卷簧機(jī)構(gòu)；410－輔緩沖離合器；412－桿自差傳感器；413－齒輪；414－齒輪；415－螺母；416－螺母；417－絲杠；418－絲杠；419－過渡齒輪；420－齒輪；421－錐齒輪；422－錐齒輪；423-行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。具體實(shí)施方式以下將結(jié)合圖1至圖12對(duì)本發(fā)明提供的航天器對(duì)接系統(tǒng)及方法進(jìn)行詳細(xì)的描述，其為本發(fā)明可選的實(shí)施例，可以認(rèn)為，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不改變本發(fā)明精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行修改和潤(rùn)色。實(shí)施例1請(qǐng)參考圖1至圖7，本發(fā)明提供了航天器對(duì)接系統(tǒng)，包括主動(dòng)對(duì)接裝置100和被動(dòng)對(duì)接裝置200，被動(dòng)對(duì)接裝置200安裝在目標(biāo)航天器上，被動(dòng)對(duì)接裝置200的構(gòu)成在主動(dòng)對(duì)接裝置的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化，保留對(duì)接環(huán)、剛性連接裝置和控制設(shè)備等。所述主動(dòng)對(duì)接裝置100包括主動(dòng)對(duì)接環(huán)和對(duì)接框體，所述主動(dòng)對(duì)接裝置還包括若干捕獲鎖103、對(duì)接鎖系105、對(duì)接框體104；所述被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)200還包括被動(dòng)對(duì)接環(huán)201、卡板器202等。其中，所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101有若干個(gè)瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)，捕獲鎖103安裝在主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的每個(gè)瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)上，捕獲鎖103與對(duì)面的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)200相應(yīng)的卡板器202相互嚙合實(shí)現(xiàn)捕獲，也可以采用電磁捕獲機(jī)構(gòu)。本發(fā)明中，所述主動(dòng)對(duì)接裝置100還包括三組緩沖機(jī)構(gòu)，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)102包括一個(gè)主緩沖器、兩個(gè)絲杠螺母組件303和一個(gè)自差緩沖器，所述絲杠螺母組件303的上下兩端分別活動(dòng)連接于所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101和對(duì)接框體104；每組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件303同時(shí)被一個(gè)所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)伸縮，兩個(gè)所述絲杠螺母組件303之間還通過所述自差緩沖器互相連接，進(jìn)而通過所述自差緩沖器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件303相對(duì)的伸縮調(diào)整。在本發(fā)明可選的實(shí)施例中，主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)、捕獲鎖103、緩沖機(jī)構(gòu)102和卡板器202均為3個(gè)，也可以選擇4個(gè)或更多。在專利ZL201210489374.5中，已對(duì)主動(dòng)對(duì)接環(huán)、電磁捕獲機(jī)構(gòu)、對(duì)接鎖系等有所描述，故而此處不做展開闡述，可以參照該專利進(jìn)行理解。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，請(qǐng)著重參考圖1，六個(gè)所述絲杠螺母組件303的下端沿所述對(duì)接框體104的均勻分布，所述絲杠螺母組件303通過所述自差緩沖器連接所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101，三個(gè)所述自差緩沖器沿所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的周向均勻分布。主緩沖電機(jī)301和絲杠螺母組件303通過支撐結(jié)構(gòu)安裝于對(duì)接框體104內(nèi)部法蘭上，自差緩沖電機(jī)302通過支撐結(jié)構(gòu)安裝于對(duì)接環(huán)101上。這樣，對(duì)接環(huán)101與對(duì)接框體104之間通過6根絲杠318實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連接，構(gòu)成一個(gè)6自由度的Stewart平臺(tái)。有關(guān)所述主緩沖器：本發(fā)明可選的實(shí)施例中，所述主緩沖器包括主緩沖電機(jī)301和主緩沖傳動(dòng)組件，每組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件303通過所述主緩沖傳動(dòng)組件被對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述主緩沖電機(jī)301驅(qū)動(dòng)。所述主緩沖傳動(dòng)組件主要包括一主緩沖軸313；進(jìn)一步可選方案中，主緩沖電機(jī)301的轉(zhuǎn)子輸出軸與主緩沖軸313同軸且直連傳動(dòng)，可選的，為提高可靠性和緩沖能力，主緩沖電機(jī)301也可以采用多個(gè)串聯(lián)使用。所述主緩沖器還包括角度編碼器，所述角度編碼器被配置能夠檢測(cè)所述主緩沖傳動(dòng)組件或主緩沖電機(jī)301輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的角度。角度編碼器可用于測(cè)量主緩沖軸313旋轉(zhuǎn)角度大小?？梢圆捎锚?dú)立的角度測(cè)量傳感器，通過設(shè)置傳動(dòng)環(huán)節(jié)將主緩沖軸313轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給角度測(cè)量傳感器。在滿足測(cè)量精度的前提下，所選的角度測(cè)量傳感器包括但不限于角度編碼器、旋變、電位計(jì)等。除此以外，所述的主緩沖電機(jī)301在不加電的情況下，應(yīng)具有抱閘鎖定功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接環(huán)101在收回狀態(tài)下的保持功能。其他可選方案中，在主緩沖電機(jī)301不具有鎖定功能時(shí)，也可在主緩沖軸313上設(shè)置一個(gè)抱閘裝置，該抱閘裝置可采用常用的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式，在主緩沖電機(jī)301加電后，該抱閘裝置解鎖主緩沖軸313的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。有關(guān)所述自差緩沖器：本發(fā)明可選的實(shí)施例中，所述自差緩沖器包括兩個(gè)齒輪305、306和一個(gè)聯(lián)系齒輪304，每個(gè)齒輪305或306與一個(gè)所述絲杠螺母組件303連接，兩個(gè)所述齒輪傳動(dòng)于同一所述聯(lián)系齒輪304，所述聯(lián)系齒輪304還能被一自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)控制。進(jìn)一步可選的方案中，所述自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)包括自差緩沖電機(jī)，和/或彈簧結(jié)構(gòu)，和/或阻尼器，和/或離合器。所述自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)通過加速或減速裝置與所述聯(lián)系齒輪連接。在采用自差緩沖電機(jī)的情況下，自差緩沖電機(jī)302與聯(lián)系齒輪304連接，齒輪304分別與齒輪305和306嚙合傳動(dòng)，三者可同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在本實(shí)施例中，自差緩沖電機(jī)302與聯(lián)系齒輪304相連。可選的，自差緩沖電機(jī)302也可以與齒輪305或齒輪306相連，也可以在電機(jī)302與齒輪305或齒輪306之間增加加速或減速裝置，也可以選擇多個(gè)電機(jī)與上述齒輪相連。通過自差緩沖電機(jī)302，可以依據(jù)所需相對(duì)調(diào)整的伸縮量控制聯(lián)系齒輪304進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。所述自差緩沖電機(jī)302內(nèi)部包括角度編碼器，可用于測(cè)量聯(lián)系齒輪304旋轉(zhuǎn)角度大小?？蛇x的，可以采用獨(dú)立的角度測(cè)量傳感器，通過設(shè)置傳動(dòng)環(huán)節(jié)將主緩沖軸313或聯(lián)系齒輪304的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞給角度測(cè)量傳感器。在滿足測(cè)量精度的前提下，所選的角度測(cè)量傳感器包括但不限于角度編碼器、旋變、電位計(jì)等。自差緩沖電機(jī)302用于實(shí)現(xiàn)同一組絲杠的自差緩沖及校正，與對(duì)接環(huán)101的推出、拉回等動(dòng)作無關(guān)。因此，自差緩沖電機(jī)也可以采用彈簧機(jī)構(gòu)、阻尼器組合或之一來代替。當(dāng)僅采用阻尼機(jī)構(gòu)代替電機(jī)時(shí)，同一組絲杠的長(zhǎng)度不能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)等長(zhǎng)校正，需要采用主緩沖電機(jī)301將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101推出到極限位置，強(qiáng)制使6根絲杠等長(zhǎng)從而校正對(duì)接環(huán)。阻尼器和離合器等也可列舉，但不限于電磁離合機(jī)構(gòu)、磁流變阻尼器、磁滯離合器或機(jī)電控制型裝置等。綜合以上提到的旋轉(zhuǎn)編碼器來看，可以認(rèn)為：本發(fā)明可選的實(shí)施例中，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括檢測(cè)所述絲杠螺母組件伸縮位移的桿位移傳感器，和/或檢測(cè)同組中兩個(gè)絲杠螺母組件伸縮位移差值的桿自差傳感器，所述主緩沖器和自差緩沖器被依據(jù)所述桿位移傳感器和/或桿自差傳感器檢測(cè)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足對(duì)接過程中的運(yùn)動(dòng)需求。而在前文提到的實(shí)施方式中，由于所述主緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述絲杠螺母組件的伸縮驅(qū)動(dòng)，所述自差緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件相對(duì)的伸縮調(diào)整；所述桿位移傳感器和/或桿自差傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器。有關(guān)所述絲杠螺母組件303：所述絲杠螺母組件包括絲桿308、螺母307和傳動(dòng)齒輪組，所述螺母307可選為帶齒輪的螺母，其通過所述傳動(dòng)齒輪組被所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述絲杠308與所述螺母307匹配，進(jìn)而通過所述螺母307的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)伸縮，所述絲杠308連接所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101，且同一組中的兩個(gè)絲杠308通過所述自差緩沖器實(shí)現(xiàn)相對(duì)的伸縮調(diào)整。本發(fā)明可選的實(shí)施例中，絲杠308和螺母307采用傳統(tǒng)的滾珠絲杠類型。螺母308旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)絲杠307實(shí)現(xiàn)沿螺母308作直線伸縮運(yùn)動(dòng)。通過合理設(shè)計(jì)絲杠307的導(dǎo)程，絲杠307和螺母308具有很好的運(yùn)動(dòng)流暢性，可以實(shí)現(xiàn)正向傳動(dòng)和逆向傳動(dòng)。即，可以通過螺母308的轉(zhuǎn)動(dòng)將運(yùn)動(dòng)輸出帶動(dòng)絲杠307的伸縮，也可以對(duì)絲杠307僅施加軸向運(yùn)動(dòng)，反向帶動(dòng)螺母308轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)絲杠307相對(duì)螺母308之間的收縮。同一組的2根絲杠分別采用左旋絲杠和右旋絲杠，這樣，主緩沖軸313轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)同一組絲杠307同向伸出或回縮運(yùn)動(dòng)。當(dāng)然，同一組絲杠307也可采用相同旋向，此時(shí)需要調(diào)整齒輪傳動(dòng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩根絲杠的同向伸縮。螺母308經(jīng)過錐齒輪309～312傳動(dòng)后與主緩沖軸313相連接，通過對(duì)錐齒輪309～312在結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)絲杠螺母組件303繞底部支點(diǎn)作二維轉(zhuǎn)動(dòng)，圖4為一種具體結(jié)構(gòu)布局實(shí)施例，在圖4中，結(jié)構(gòu)框架315固定于對(duì)接框體104上，轉(zhuǎn)動(dòng)框架314通過轉(zhuǎn)軸與結(jié)構(gòu)框架315相連，可實(shí)現(xiàn)一維轉(zhuǎn)動(dòng)，在框架314轉(zhuǎn)軸一端固定了錐齒輪311，在框架314的另一側(cè)與螺母框架316、齒輪309通過同一轉(zhuǎn)軸連接，三者之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。錐齒輪309與螺母308通過錐齒形式進(jìn)行傳動(dòng)。絲杠308的上部采用萬向節(jié)分別與齒輪305、306相連，絲杠308與齒輪305或306可同步轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，絲杠307與對(duì)接環(huán)101之間具有3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。錐齒輪312與主緩沖軸313之間采用萬向節(jié)相連，該些萬向節(jié)是用于各傳動(dòng)軸之間不同軸傳動(dòng)，當(dāng)然，在能夠保證傳動(dòng)軸之間同軸的情況下，也可以選擇聯(lián)軸器等方式傳動(dòng)。此外，在絲杠307的上端部可以增加一個(gè)彈性環(huán)節(jié)，如采用預(yù)緊的壓縮彈簧，用于緩沖較大絲杠軸向沖擊載荷。緩沖機(jī)構(gòu)102形成了一個(gè)閉合傳動(dòng)鏈，這樣，對(duì)接環(huán)101與對(duì)接框體104之間通過6根絲杠307實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的連接，構(gòu)成一個(gè)6自由度的Stewart平臺(tái)。所述的航天器對(duì)接系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所檢測(cè)到的所述絲杠螺母組件303的伸縮狀態(tài)對(duì)所述主緩沖器和自差緩沖器進(jìn)行控制，以滿足對(duì)接過程的運(yùn)動(dòng)需求。進(jìn)一步來說，所述主緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)所述絲杠螺母組件303的伸縮驅(qū)動(dòng)，所述自差緩沖器通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)所述絲杠螺母組件相對(duì)的伸縮調(diào)整；所述控制裝置依據(jù)自所述主緩沖器和自差緩沖器處采集而來的與所述絲杠螺母組件303的伸縮有關(guān)的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，對(duì)所述主緩沖器和自差緩沖器進(jìn)行控制，以滿足對(duì)接過程的運(yùn)動(dòng)需求。對(duì)控制裝置工作原理進(jìn)行描述?？刂蒲b置與主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302相連，根據(jù)使用需求，控制裝置106可以安裝在對(duì)接框體104上或飛船艙體內(nèi)部。在對(duì)接前，控制裝置控制主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302產(chǎn)生一定的保持力矩。所述兩航天器的對(duì)接環(huán)在初始條件下發(fā)生機(jī)械接觸后，控制裝置106驅(qū)動(dòng)主緩沖電機(jī)301將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101向前伸出，追蹤航天器的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101上受到對(duì)接力作用，并通過絲杠、齒輪傳動(dòng)作用于主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302上。在對(duì)接力作用下，所述主緩沖電機(jī)301運(yùn)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)減速或加速現(xiàn)象?？刂蒲b置通過調(diào)整工作電流控制主緩沖電機(jī)301的最大輸出力矩為預(yù)先指定值。當(dāng)對(duì)接力作用到主緩沖電機(jī)301上的阻力矩超過最大輸出力矩時(shí)，該主緩沖電機(jī)301會(huì)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)或反向轉(zhuǎn)動(dòng)(即對(duì)接力作用于電機(jī)301上，使電機(jī)從正向轉(zhuǎn)動(dòng)輸出達(dá)到反向轉(zhuǎn)動(dòng))。當(dāng)對(duì)接力作用于主緩沖電機(jī)301的力矩與主緩沖電機(jī)301輸出動(dòng)力方向相同時(shí)，該主緩沖電機(jī)301會(huì)出現(xiàn)加速轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象?？刂蒲b置預(yù)先指定了主緩沖電機(jī)301的最大轉(zhuǎn)速限值，當(dāng)主緩沖電機(jī)301接近轉(zhuǎn)速限值時(shí)，控制裝置106通過減小電流或電流反向等實(shí)現(xiàn)主緩沖電機(jī)301的減速。所述的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101被動(dòng)的產(chǎn)生位置和姿態(tài)偏差。在對(duì)接力作用下，同一組絲杠307產(chǎn)生長(zhǎng)度差，帶動(dòng)聯(lián)系齒輪304克服所述的自差緩沖電機(jī)302的保持力矩發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)聯(lián)系齒輪304出現(xiàn)轉(zhuǎn)角時(shí)，控制裝置實(shí)時(shí)調(diào)整自差緩沖電機(jī)302的轉(zhuǎn)矩及方向，當(dāng)然，當(dāng)自差緩沖電機(jī)采用彈簧結(jié)構(gòu)、阻尼器等代替時(shí)，也可不由控制裝置控制，而自行進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)控制裝置判斷兩航天器對(duì)接環(huán)貼合并實(shí)現(xiàn)捕獲后，控制裝置改變主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302控制率，控制裝置106通過采集主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302角度編碼器的信號(hào)，計(jì)算出各自轉(zhuǎn)角值，根據(jù)該些值，控制裝置按照預(yù)定的控制規(guī)律控制主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302將絲杠運(yùn)動(dòng)到預(yù)先指定的長(zhǎng)度位置，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)接環(huán)的緩沖和校正。本發(fā)明還提供了一種航天器對(duì)接方法，采用了本發(fā)明可選方案提供的航天器對(duì)接系統(tǒng)，包括如下步驟：S1：所述主緩沖器和/或自差緩沖器被調(diào)整為捕獲模式，通過三個(gè)所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)六個(gè)所述絲杠螺母組件303伸出，從而將所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)101推出；結(jié)合到前文提到的系統(tǒng)，可以進(jìn)一步描述為：所述控制裝置對(duì)所述主緩沖電機(jī)301供電，使其實(shí)現(xiàn)主緩沖電機(jī)301與絲杠308之間的傳動(dòng)，將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101推出至對(duì)接位置，然后將所述主緩沖電機(jī)301控制率調(diào)整為捕獲模式，等待對(duì)接；換個(gè)角度描述，可以理解為：主動(dòng)對(duì)接環(huán)101解除鎖定狀態(tài)，從收攏狀態(tài)推出到準(zhǔn)備對(duì)接位置，控制裝置通過對(duì)電機(jī)供電，根據(jù)對(duì)接環(huán)預(yù)定位置，控制裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置將絲杠推出；對(duì)接環(huán)運(yùn)動(dòng)到位后停止動(dòng)作，此時(shí)，根據(jù)對(duì)接目標(biāo)特性，控制裝置將電機(jī)控制率調(diào)整為捕獲模式(一般情況，該模式下最大輸出力矩較小)，等待對(duì)接；S2：所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)與被動(dòng)對(duì)接裝置接觸后，所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)在相互作用力下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，依據(jù)所述主緩沖器和/或自差緩沖器采集而來的所述絲杠螺母組件的伸縮數(shù)據(jù)，通過所述主緩沖器和/或自差緩沖器驅(qū)動(dòng)所述絲杠螺母組件進(jìn)行伸出，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的導(dǎo)向和對(duì)準(zhǔn)；結(jié)合到前文提到的結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步理解為：追蹤航天器運(yùn)動(dòng)到對(duì)接捕獲初始條件范圍內(nèi)，主動(dòng)對(duì)接裝置與被動(dòng)對(duì)接裝置相互接觸，所述主對(duì)接環(huán)在相互作用力下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，所述控制裝置依據(jù)電機(jī)角度編碼器信號(hào)，通過所述電機(jī)控制相應(yīng)絲杠的伸縮，從而將所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)做相應(yīng)動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向和對(duì)準(zhǔn)；也可以描述為：追蹤航天器運(yùn)動(dòng)到對(duì)接捕獲初始條件范圍內(nèi)，進(jìn)入對(duì)接裝置的導(dǎo)向?qū)?zhǔn)階段，兩個(gè)航天器導(dǎo)向板相互接觸，在相互作用力下，主動(dòng)對(duì)接裝置的對(duì)接環(huán)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測(cè)到絲杠長(zhǎng)度變化時(shí)，控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置供電，通過主緩沖電機(jī)將對(duì)接環(huán)推出，由此實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向并對(duì)準(zhǔn)；S3：所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)與被動(dòng)對(duì)接裝置的被動(dòng)對(duì)接環(huán)之間通過其上的捕獲裝置實(shí)現(xiàn)柔性連接；完成柔性連接后，所述主緩沖器和/或自差緩沖器調(diào)整為緩沖模式，捕獲傳感裝置被觸發(fā)，進(jìn)入步驟S4或S5；進(jìn)一步來說，所述主動(dòng)對(duì)接環(huán)和被動(dòng)對(duì)接環(huán)通過其上的捕獲裝置實(shí)現(xiàn)柔性連接，完成捕獲；所述控制系統(tǒng)獲得捕獲完成的信號(hào)，然后將所述電機(jī)的控制率調(diào)整為緩沖模式；以上兩個(gè)步驟也可描述為：對(duì)接裝置的捕獲是相互靠近的兩對(duì)接裝置通過機(jī)械式捕獲(如神舟飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲方式)或電磁捕獲，實(shí)現(xiàn)柔性連接，之后對(duì)接環(huán)上的捕獲傳感裝置觸發(fā)，并給出捕獲信號(hào)；S4：依據(jù)所述主緩沖器和/或自差緩沖器采集而來的所述絲杠螺母組件的伸縮數(shù)據(jù)，通過所述主緩沖器和/或自差緩沖器控制所述絲杠螺母組件的伸縮情況，使其達(dá)到所需姿態(tài)，其中，通過所述自差緩沖器使得一組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件的伸縮情況一致；然后，進(jìn)入步驟S6；S5：將兩個(gè)所述絲杠螺母組件伸出至極限位置，進(jìn)而完成對(duì)接環(huán)姿態(tài)的強(qiáng)制校正；然后，進(jìn)入步驟S6；結(jié)合前文提到的裝置，進(jìn)一步來說：所述控制系統(tǒng)通過依據(jù)檢測(cè)得到的主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302角度編碼器信號(hào)變化，通過所述電機(jī)實(shí)現(xiàn)絲杠的伸縮，以達(dá)到所需姿態(tài)；也可以將絲杠均推出到極限位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)接環(huán)姿態(tài)的強(qiáng)制校正；進(jìn)一步來說，可描述為：當(dāng)檢測(cè)到捕獲信號(hào)后，控制系統(tǒng)將電機(jī)控制率調(diào)整為緩沖模式(該模式下電機(jī)輸出力矩較大)，同時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)采集到的該些角度編碼器信號(hào)，驅(qū)動(dòng)每組絲杠向預(yù)定位置運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過程中，可能會(huì)出現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)加速、減速、堵轉(zhuǎn)、逆向轉(zhuǎn)動(dòng)等工作狀態(tài)。通過對(duì)接環(huán)提供的反力，兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量和剩余的相對(duì)運(yùn)動(dòng)被吸收和消耗；最后，當(dāng)每個(gè)絲杠運(yùn)動(dòng)到具有相同長(zhǎng)度時(shí)，該緩沖過程結(jié)束，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)接環(huán)姿態(tài)的校正。S6：拉近主動(dòng)對(duì)接裝置和被動(dòng)對(duì)接裝置，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)對(duì)位；具體來說，拉近所述追蹤航天器和目標(biāo)航天器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位；進(jìn)一步來說，追蹤航天器的主動(dòng)對(duì)接裝置將兩飛行器拉近，通過對(duì)接框體上表面的導(dǎo)向銷套實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)；S7：完成剛性連接和密封；進(jìn)一步來說，當(dāng)兩飛行器的對(duì)接框體處于接近位置時(shí)，對(duì)接鎖系工作，完成剛性連接，為兩對(duì)接面提供剛性連接力和密封力，實(shí)現(xiàn)對(duì)接通道的密封。其中，緩沖模式下的所述主緩沖器和自差緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力大于捕獲模式下的所述主緩沖器和自差緩沖器的驅(qū)動(dòng)能力。圖5為主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系示意圖。在圖5中，B1～B6為Stewart平臺(tái)下支點(diǎn)，即絲杠307相對(duì)對(duì)接框體104的轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)，b1～b6為Stewart平臺(tái)上支點(diǎn)，即絲杠307相對(duì)主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)。L1～L6為6根絲杠的上、下支點(diǎn)之間的距離。在圖5中，Ou為絲杠上支點(diǎn)b1～b6所在圓圓心，與對(duì)接環(huán)101固連。Od為絲杠下支點(diǎn)B1～B6所在圓圓心。從坐標(biāo)系Ou-XuYuZu到坐標(biāo)系Od-XdYdZd的變換可由歐拉變換Euler(φ，ψ，θ)給出，其中，ψ為偏航角(繞Y軸)；θ為俯仰角(繞Z軸)；為滾轉(zhuǎn)角(繞X軸)。根據(jù)傳動(dòng)原理圖，可得3個(gè)主緩沖電機(jī)301(即主緩沖軸313)的轉(zhuǎn)角與絲杠長(zhǎng)度L1～L6變化之間的線性變換關(guān)系如下：[θm1θm2θm3]T＝S1δL其中，S‾1=πIrt0Γ‾1,Γ‾1=110000001100000011]]>δL＝[δL1δL2δL3δL4δL5δL6]Tθm1、θm2、θm3——3個(gè)主緩沖電機(jī)301(主緩沖軸313)的轉(zhuǎn)角，該些轉(zhuǎn)角值可通過主緩沖電機(jī)301角度編碼器測(cè)量得出；δLi(i＝1,2,3,...,6)——絲杠的長(zhǎng)度變化量；Ir——主緩沖電機(jī)301到螺母308的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)比；t0——絲杠307的導(dǎo)程。同理，可得自差緩沖電機(jī)302轉(zhuǎn)角與絲杠長(zhǎng)度L1～L6變化之間的線性變換關(guān)系如下：[θs1θs2θs3]T＝S2δL式中，S‾2=πIpt0Γ‾2,Γ‾2=1-10000001-10000001-1]]>θs1,θs2,θs3——3個(gè)自差緩沖電機(jī)302的轉(zhuǎn)角，該些轉(zhuǎn)角值可通過自差緩沖電機(jī)302角度編碼器測(cè)量得出；Ip——自差緩沖電機(jī)302到齒輪313的傳動(dòng)比；由上述公式，可得出主緩沖電機(jī)301、自差緩沖電機(jī)302與對(duì)接環(huán)六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的關(guān)系如下：θ·m1θ·m2θ·m3θ·s1θ·s2θ·s3T=S‾J‾q·‾]]>其中，J——主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的六個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)q與絲杠長(zhǎng)度L變化之間的速度雅克比矩陣。定義主緩沖電機(jī)扭矩M＝[Mm1,Mm2,Mm3,Ms1,Ms2,Ms3]T，其中，Mm1,Mm2,Mm3是主緩沖電機(jī)301的驅(qū)動(dòng)扭矩；Ms1,Ms2,Ms3為自差緩沖電機(jī)302的驅(qū)動(dòng)扭矩。定義F為對(duì)接環(huán)101上的6個(gè)自由度力，該力稱為對(duì)接環(huán)等效力。對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接環(huán)101在準(zhǔn)備對(duì)接位置處，在某個(gè)自由度方向上對(duì)對(duì)接環(huán)101施加某一恒定運(yùn)動(dòng)速度時(shí)所表現(xiàn)出的對(duì)接環(huán)力/力矩與位移的關(guān)系，稱為該方向上的對(duì)接環(huán)等效性能。根據(jù)力雅克比矩陣，可得出電機(jī)扭矩M與對(duì)接環(huán)101等效力F的關(guān)系如下：M＝JFF其中，JF為對(duì)接環(huán)等效力與電機(jī)扭矩之間的力雅克比矩陣，該矩陣可從相應(yīng)的速度雅克比矩陣推導(dǎo)出來。當(dāng)電機(jī)扭矩M確定后，則對(duì)接環(huán)的等效力就可以根據(jù)上述公式進(jìn)行解算。同理，也可以根據(jù)對(duì)接環(huán)的等效力，求解出各電機(jī)扭矩M需求?？刂葡到y(tǒng)106預(yù)先設(shè)置了所述電機(jī)的控制率。主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的控制率可以表示為：Mmj=Kmiθmj(t)+Cmiθ·mj(t)+mmi,(i=1,2;j=1,2,3)]]>Msj=Ksiθsj(t)+Csiθ·sj(t)+msi,(i=1,2;j=1,2,3)]]>其中，i表示任務(wù)階段，此處設(shè)為2個(gè)，分別為捕獲和緩沖校正階段；Mmj表示第j個(gè)主緩沖電機(jī)301所需要驅(qū)動(dòng)扭矩；Msj表示第j個(gè)自差緩沖電機(jī)302所需要驅(qū)動(dòng)扭矩；θmj(t)、表示第j個(gè)主緩沖電機(jī)301的轉(zhuǎn)角和角速度；θsj(t)、表示第j個(gè)自差緩沖電機(jī)302的轉(zhuǎn)角和角速度；Kmi、Cmi表示主緩沖電機(jī)301第i個(gè)任務(wù)階段的彈性系數(shù)及阻尼系數(shù)；Ksi和Csi分別表示自差緩沖電機(jī)302第i個(gè)任務(wù)階段的彈性系數(shù)及阻尼系數(shù)；mmi為主緩沖電機(jī)301第i個(gè)任務(wù)階段的函數(shù)常數(shù)項(xiàng)；msi為自差緩沖電機(jī)302第i個(gè)任務(wù)階段的函數(shù)常數(shù)項(xiàng)?？蛇x的，上述的主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的控制率函數(shù)可以設(shè)置為分段函數(shù)，針對(duì)不同的轉(zhuǎn)角和角速度大小，設(shè)置不同的系數(shù)及常數(shù)項(xiàng)數(shù)值。以自差緩沖電機(jī)302為例說明，在恒定的角速度下，在所述控制率下，自差緩沖電機(jī)302的轉(zhuǎn)角-扭矩一般具有圖6所示曲線形式?？蛇x的，為實(shí)現(xiàn)更好的對(duì)接成功率，也可以將對(duì)接過程分為多個(gè)任務(wù)階段，分別設(shè)置控制率參數(shù)。根據(jù)力雅克比矩陣JF，可從電機(jī)扭矩M求解得出對(duì)接環(huán)101等效力F，通過合理設(shè)置電機(jī)控制率，可以獲得所需的對(duì)接環(huán)等效力F。根據(jù)本專利對(duì)接機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)，自差緩沖電機(jī)扭矩Ms1,Ms2,Ms3主要決定了對(duì)接環(huán)101滾轉(zhuǎn)角度和橫向位移的等效性能。主緩沖電機(jī)扭矩Mm1,Mm2,Mm3主要決定了對(duì)接環(huán)101的軸向和偏轉(zhuǎn)方向的等效性能。本實(shí)施例中，主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302均為圖6所示的轉(zhuǎn)角-扭矩特性曲線時(shí)，對(duì)接環(huán)101在6個(gè)方向上等效性能應(yīng)具有與之類似特性，以對(duì)接環(huán)101的Y方向等效性能為例說明，對(duì)接環(huán)101的Y向等效性能曲線一般為圖7形式，該特性曲線為一個(gè)回滯曲線?？刂葡到y(tǒng)106采集電機(jī)角度編碼器信號(hào)，經(jīng)過解算得出該電機(jī)的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，按照所述的電機(jī)控制率對(duì)電機(jī)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)控制。按照功率電機(jī)考慮，有如下關(guān)系表達(dá)式：Vmi＝V(Mmi,nmi)＝Mmiη1+k1nmi(i＝1，2，3)Vsi＝V(Msi,nsi)＝Msiη2+k2nsi(i＝1，2，3)式中，i表示電機(jī)編號(hào)；Vmi表示第i個(gè)主緩沖電機(jī)301的供電電壓；Vsi表示第i個(gè)自差緩沖電機(jī)302的供電電壓；η1、η2為主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的傳遞系數(shù)；nmi表示第i個(gè)主緩沖電機(jī)301的轉(zhuǎn)速；nsi表示第i個(gè)自差緩沖電機(jī)302的轉(zhuǎn)速。下面對(duì)本發(fā)明的緩沖阻尼半主動(dòng)控制的工作原理進(jìn)行描述。在準(zhǔn)備對(duì)接時(shí)，主動(dòng)對(duì)接環(huán)101處于伸出狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)106按照預(yù)定程序?qū)χ骶彌_電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302供電?？刂葡到y(tǒng)106對(duì)主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的控制設(shè)定為捕獲模式。當(dāng)兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接過程中，發(fā)生機(jī)械接觸時(shí)，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101受到對(duì)接力作用，并作用于6根絲杠上，絲杠通過傳動(dòng)鏈將載荷傳遞到主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302上。當(dāng)對(duì)接力超出了電機(jī)保持力矩后，所述的絲杠會(huì)出現(xiàn)伸出或回縮動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)該指出的是，此時(shí)主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302具有一定力矩保持能力?？刂葡到y(tǒng)106采集主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的角度編碼器信號(hào)，根據(jù)該些信息，控制系統(tǒng)106判斷兩對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接環(huán)是否接觸。當(dāng)判斷為接觸后，控制系統(tǒng)106按照預(yù)定的控制率對(duì)每個(gè)電機(jī)進(jìn)行控制，一般為伺服控制。較佳的，在對(duì)接環(huán)接觸后，控制系統(tǒng)106按照以設(shè)定電壓對(duì)主緩沖電機(jī)301供電，將對(duì)接環(huán)101向前推出，同時(shí)，對(duì)主緩沖電機(jī)301的最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行限定。在推出過程中，每組絲杠的伸出速度均值與其受到的阻力成反比，當(dāng)同一組絲杠受到阻力時(shí)，它將減緩伸出速度，反之，在驅(qū)動(dòng)力作用下則會(huì)加速伸出。由此，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101被動(dòng)的產(chǎn)生位置和姿態(tài)偏差，適應(yīng)兩對(duì)接機(jī)構(gòu)的相對(duì)偏差。當(dāng)控制系統(tǒng)106判斷兩航天器對(duì)接環(huán)貼合并實(shí)現(xiàn)捕獲后，控制系統(tǒng)106對(duì)主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302控制模式從捕獲模式調(diào)整為緩沖模式?？刂葡到y(tǒng)106提高主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的供電電壓，以此來提高電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，從而達(dá)到增加對(duì)接環(huán)緩沖能力的目的。在緩沖階段，對(duì)接機(jī)構(gòu)消耗相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量，并校正對(duì)接環(huán)101的位置和姿態(tài)偏差，在緩沖結(jié)束后，6根絲杠的長(zhǎng)度Ls(s表示每個(gè)絲杠的編號(hào))應(yīng)等長(zhǎng)，設(shè)定對(duì)接環(huán)101校正后絲杠長(zhǎng)度為L(zhǎng)u。控制系統(tǒng)106根據(jù)該些主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302的角度編碼器信號(hào)，按照緩沖模式預(yù)定的控制率對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，使兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止并校正，即6根絲杠的長(zhǎng)度和是相等的。應(yīng)該指出的是，對(duì)接環(huán)101校正后的絲杠長(zhǎng)度Lu既可以為預(yù)先指定(如地面預(yù)置或飛控注入)，也可以是控制系統(tǒng)106根據(jù)緩沖執(zhí)行情況按照規(guī)定程序選定。應(yīng)該說明的是，根據(jù)控制率的不同，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接環(huán)101的姿態(tài)出現(xiàn)反復(fù)震蕩次數(shù)也會(huì)有所差異。下面對(duì)控制系統(tǒng)106的控制與調(diào)整原則進(jìn)行說明。為保證對(duì)接捕獲過程中兩飛行器的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101與被動(dòng)對(duì)接環(huán)201相互接近，這要求對(duì)接裝置100的對(duì)接環(huán)101需要自動(dòng)適應(yīng)初始偏差，在適應(yīng)偏差過程中盡量減少能量消耗和減小對(duì)接力，這要求對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)剛度阻尼小，即對(duì)接環(huán)101的等效力要小。這樣，捕獲階段的緩沖系統(tǒng)具有“軟”的特性，還能夠主動(dòng)適應(yīng)偏差。當(dāng)捕獲信號(hào)給出后，在主動(dòng)對(duì)接環(huán)101規(guī)定的運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)，緩沖系統(tǒng)需要具有足夠的阻尼來緩沖相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的等效力設(shè)置為較大的水平，此時(shí)緩沖系統(tǒng)具有與捕獲階段不同的相對(duì)“硬”的特性。這些特性都可以通過控制系統(tǒng)106調(diào)整工作模式來實(shí)現(xiàn)。另外，在對(duì)接操作中，對(duì)接飛行器的特性參數(shù)(如質(zhì)量特性、對(duì)接初始條件)不同，會(huì)對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)緩沖阻尼特性的要求也會(huì)存在差異。在主動(dòng)對(duì)接裝置100的實(shí)例中，控制系統(tǒng)106參數(shù)具有可配置的功能，僅需簡(jiǎn)單參數(shù)注入即可實(shí)現(xiàn)緩沖阻尼特性的調(diào)整。因此，通過參數(shù)配置來確保主動(dòng)對(duì)接裝置100可以適應(yīng)特定的飛行器特性(如質(zhì)量、質(zhì)心偏移，飛行器的對(duì)接接近速度和角速度)。因此，本發(fā)明的對(duì)接裝置具備很寬對(duì)接適應(yīng)性和對(duì)接能力。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1所涉及的對(duì)接機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)和過程進(jìn)行描述。首先，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)100從收攏狀態(tài)推出到準(zhǔn)備對(duì)接位置(即伸出狀態(tài))。主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)100解除鎖定狀態(tài)(該鎖定用于克服航天器發(fā)射載荷環(huán)境)，控制系統(tǒng)106對(duì)主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302加電，根據(jù)對(duì)接環(huán)101預(yù)定位置，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主緩沖電機(jī)301將對(duì)接環(huán)101推出，到位后，將電機(jī)的控制率調(diào)整為捕獲模式。第二，追蹤航天器運(yùn)動(dòng)到對(duì)接捕獲初始條件范圍內(nèi)。對(duì)接捕獲初始條件是預(yù)先定義的一個(gè)圍繞對(duì)接裝置的區(qū)域。第三，對(duì)接裝置100的導(dǎo)向?qū)?zhǔn)階段。兩個(gè)航天器對(duì)接環(huán)相互接觸，在相互作用力下，主動(dòng)對(duì)接裝置100的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101偏轉(zhuǎn)，此時(shí)，主動(dòng)對(duì)接裝置100的控制系統(tǒng)106按照預(yù)定的捕獲工作模式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制。此時(shí)對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)具有“軟”特性。由此，實(shí)現(xiàn)對(duì)接的導(dǎo)向及對(duì)準(zhǔn)。第四，主動(dòng)對(duì)接裝置100的捕獲。主要是相互靠近的主動(dòng)對(duì)接裝置100與被動(dòng)對(duì)接裝置200通過機(jī)械捕獲鎖103和卡板器202鎖合到一起(或采用電磁鐵吸合方式實(shí)現(xiàn))，實(shí)現(xiàn)柔性連接。之后對(duì)接環(huán)101上的捕獲傳感裝置觸發(fā)，并給出捕獲信號(hào)。第五，緩沖階段，兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量和剩余的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過主動(dòng)對(duì)接環(huán)101提供的反力進(jìn)行吸收和消耗。此時(shí)，主動(dòng)對(duì)接裝置100的控制系統(tǒng)106控制主緩沖電機(jī)301和自差緩沖電機(jī)302進(jìn)入緩沖工作模式。此時(shí)對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)具有“硬”特性。第六，拉近階段，追蹤航天器的主動(dòng)對(duì)接裝置100將兩飛行器拉近，通過對(duì)接框體104上表面的導(dǎo)向銷套實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。最后階段是剛性連接階段，當(dāng)兩飛行器的對(duì)接框體104處于接近位置時(shí)，對(duì)接鎖系105工作，完成剛性連接，為兩對(duì)接面提供剛性連接力和密封力，實(shí)現(xiàn)對(duì)接通道的密封。這部分的工作原理與神舟八號(hào)載人飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)是相同的。實(shí)施例2請(qǐng)參考圖8至圖12，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別主要在于：每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括主離合器；僅當(dāng)所述主離合器未打滑時(shí)，所述主緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件伸縮，所述主離合器在完成捕獲動(dòng)作前被配置的離合力矩小于其在捕獲完成后被配置的離合力矩，所述主離合器在超出離合力矩的情況下，發(fā)生打滑。每組所述緩沖機(jī)構(gòu)還包括輔緩沖離合器；僅當(dāng)所述輔緩沖離合器打滑時(shí)，所述自差緩沖器驅(qū)動(dòng)絲杠螺母組件進(jìn)行伸縮調(diào)整，所述輔緩沖離合器在完成捕獲動(dòng)作前被配置的離合力矩小于其在捕獲完成后被配置的離合力矩，所述輔緩沖離合器在超出離合力矩的情況下，發(fā)生打滑。有關(guān)所述主緩沖器：本發(fā)明實(shí)施例2下可選的實(shí)施例中，所述主緩沖器401包括主緩沖電機(jī)406和主緩沖傳動(dòng)組件，每組中的兩個(gè)所述絲杠螺母組件403通過所述主緩沖傳動(dòng)組件被對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述主緩沖電機(jī)406驅(qū)動(dòng)。其與實(shí)施例1相類似，區(qū)別主要在于：所述主緩沖電機(jī)406與主緩沖傳動(dòng)組件，或者所述主緩沖傳動(dòng)組件與絲杠螺母組件403之間，或者所述主緩沖傳動(dòng)組件中傳動(dòng)有所述主離合器405。所述主緩沖傳動(dòng)組件主要包括一主緩沖軸404；進(jìn)一步可選方案中，主緩沖電機(jī)406的轉(zhuǎn)子輸出軸與主緩沖軸404同軸且直連傳動(dòng)，可選的，為提高可靠性和緩沖能力，主緩沖電機(jī)406也可以采用多個(gè)串聯(lián)使用。本實(shí)施例的主緩沖電機(jī)406通過主離合器405與主緩沖軸404實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)與動(dòng)力傳遞。主離合器405的打滑力矩可根據(jù)要求進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。主緩沖電機(jī)406既可以為電機(jī)，也可以為電機(jī)與減速器構(gòu)成的組合裝置。主緩沖電機(jī)406設(shè)置有制動(dòng)抱閘裝置或具有轉(zhuǎn)角保持功能，較佳的，在控制裝置的控制下實(shí)現(xiàn)主緩沖電機(jī)406的保持功能。主緩沖電機(jī)406的抱閘力矩或保持力矩應(yīng)大于主離合器405的最大打滑力矩。當(dāng)主離合器405不打滑時(shí)，主緩沖電機(jī)406輸出動(dòng)力經(jīng)過主離合器405帶動(dòng)主緩沖軸404同步轉(zhuǎn)動(dòng)。在主緩沖軸404上施加扭矩時(shí)，該扭矩會(huì)通過傳動(dòng)鏈作用于主離合器405和主緩沖電機(jī)406上，當(dāng)傳遞到主離合器405的扭矩超過主離合器405打滑力矩時(shí)，主離合器405開始打滑。主緩沖電機(jī)406與主離合器405的傳動(dòng)采用了“串聯(lián)”形式，可選的，主緩沖電機(jī)306與主離合器305也可以采用“并聯(lián)“形式傳動(dòng)，圖9為一種“并聯(lián)”傳動(dòng)形式的實(shí)施例。該實(shí)施例通過行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)423實(shí)現(xiàn)了主緩沖電機(jī)406、主離合器405和主緩沖軸404之間的差速傳動(dòng)?？蛇x的，主離合器405與主緩沖軸404之間還可以增加一個(gè)彈性裝置，一般為具有一定的預(yù)緊力矩的蝸卷彈簧，可起到保護(hù)傳動(dòng)鏈的作用。也可以在絲杠417(418)的上端部增加預(yù)緊的壓縮彈簧，用于緩沖較大絲杠軸向沖擊載荷。每組所述緩沖機(jī)構(gòu)102還包括檢測(cè)所述絲杠螺母組件403伸縮位移的桿位移傳感器407，所述主緩沖器401被依據(jù)所述桿位移傳感器407檢測(cè)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足對(duì)接過程中的運(yùn)動(dòng)需求。桿位移傳感器407可以用于測(cè)量主緩沖軸304的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小。在本實(shí)施例中，桿位移傳感器407可以采用多種測(cè)量手段，例如但不限于角度編碼器、旋變、電位計(jì)等。有關(guān)所述自差緩沖器402：所述自差緩沖器402包括兩個(gè)齒輪413、414和一個(gè)聯(lián)系齒輪408，其結(jié)構(gòu)基本與實(shí)施例1相類似，主要區(qū)別在于，所述聯(lián)系齒輪408與所述自差驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)之間還通過所述輔緩沖離合器410傳動(dòng)。卷簧機(jī)構(gòu)409和輔緩沖離合器410均與聯(lián)系齒輪408相連，可同步傳動(dòng)。當(dāng)然，卷簧機(jī)構(gòu)409和輔緩沖離合器410用作為緩沖耗能元件，該些耗能元件也可以聯(lián)系齒輪408、齒輪413或齒輪414相連，其功能是等效的，自差緩沖器402的緩沖耗能元件可以采用彈簧、離合器的組合方式，也可以采用彈簧、電機(jī)、電磁阻尼器、離合器等至少一個(gè)。與實(shí)施例1相一致的，每組所述緩沖機(jī)構(gòu)102還包括檢測(cè)檢測(cè)同組中兩個(gè)絲杠螺母組件伸縮位移差值的桿自差傳感器412。桿自差傳感器312用于測(cè)量聯(lián)系齒輪308的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小。在本發(fā)明可選的實(shí)施例中，桿自差傳感器312可以采用多種測(cè)量手段，例如但不限于角度編碼器、旋變、電位計(jì)等。在本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別還在于，自差緩沖器阻尼力矩Ms1,Ms2,Ms3由卷簧機(jī)構(gòu)409和輔緩沖離合器410共同提供，用于主動(dòng)對(duì)接環(huán)101滾轉(zhuǎn)角度和橫向位移的緩沖與校正。其中，卷簧機(jī)構(gòu)409用于實(shí)現(xiàn)校正功能。當(dāng)主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的位置和姿態(tài)變化會(huì)導(dǎo)致同組絲杠副中的兩根絲杠長(zhǎng)度不一致，此時(shí)，卷簧機(jī)構(gòu)409貯存能量，從而起到緩沖作用；對(duì)接碰撞消失后，由于卷簧機(jī)構(gòu)409釋放能量，促使同組中兩根絲杠的長(zhǎng)度恢復(fù)一致，起到校正作用。該卷簧機(jī)構(gòu)409在零位時(shí)應(yīng)具有一定的預(yù)緊力矩。圖10為該卷簧機(jī)構(gòu)409典型的轉(zhuǎn)角-力矩特性曲線，由于彈簧內(nèi)部摩擦作用，在去程和回程的力矩存在一定差異。主緩沖器阻尼力矩Mm1,Mm2,Mm3主要由主離合器405和主緩沖電機(jī)406提供，用于主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的軸向和偏轉(zhuǎn)方向的緩沖與校正。在本實(shí)施例中，所述的主離合器405和輔緩沖離合器410選擇采用磁粉離合器，該離合器的打滑力矩MCi與其供電直流電壓Vi有關(guān)。在捕獲階段，控制裝置按照捕獲模式對(duì)主離合器405、輔緩沖離合器410和主緩沖電機(jī)406進(jìn)行控制，主離合器405、輔緩沖離合器410的打滑力矩設(shè)定為第一檔力矩。在緩沖階段，控制裝置按照捕獲模式對(duì)主離合器405、輔緩沖離合器410和主緩沖電機(jī)406進(jìn)行控制，主離合器405和輔緩沖離合器410的打滑力矩設(shè)定為第二檔力矩。第二檔力矩要大于第一檔力矩。應(yīng)該指出的是，打滑力矩的檔位是指同一個(gè)離合器根據(jù)不同工作狀態(tài)要求設(shè)定的不同打滑力矩要求，可以為一個(gè)定值，也可以為隨時(shí)間或其他參數(shù)變化的變量。因此，即使在捕獲模式下，主離合器405和輔緩沖離合器410的打滑力矩也不一定相同?？刂蒲b置調(diào)整主離合器405和輔緩沖離合器410的供電電壓Vi，從而改變離合器的打滑力矩，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)接環(huán)101等效性能的調(diào)整。應(yīng)該指出的是，可以采用其他類型的阻尼機(jī)構(gòu)(如電磁離合機(jī)構(gòu)、磁流變阻尼器、磁滯離合器或機(jī)電控制型裝置等)代替磁粉離合器，根據(jù)類型的不同，該機(jī)構(gòu)的阻力矩不僅與保持力矩有關(guān)，還會(huì)與滑差轉(zhuǎn)速有一定的函數(shù)關(guān)系。下面對(duì)本發(fā)明的緩沖阻尼半主動(dòng)控制的工作原理進(jìn)行描述。在準(zhǔn)備對(duì)接時(shí)，主動(dòng)對(duì)接環(huán)101處于伸出狀態(tài)?？刂蒲b置按照預(yù)定程序?qū)χ麟x合器405和輔緩沖離合器410供電。當(dāng)兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接過程中，發(fā)生機(jī)械接觸時(shí)，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101受到對(duì)接力作用，并作用于絲杠417和418上，絲杠通過傳動(dòng)鏈將載荷傳遞到主緩沖器401和自差緩沖器402上。當(dāng)對(duì)接力超出了主緩沖器401的打滑力矩后，所述的絲杠會(huì)出現(xiàn)伸出或回縮動(dòng)作，對(duì)應(yīng)的主緩沖軸404會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)該指出的是，此時(shí)主緩沖電機(jī)406未供電，具有一定的自鎖功能或角度保持功能；如果該主緩沖電機(jī)406不具備自鎖功能(或自鎖功能失效)，則對(duì)接力傳遞到主緩沖電機(jī)406上，使其出現(xiàn)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，而主離合器405可能不會(huì)出現(xiàn)打滑，但并不影響絲杠的伸出或回縮動(dòng)作。根據(jù)傳動(dòng)原理，同一組絲杠的所受的軸向載荷差值將作用于自差緩沖器402上，當(dāng)該載荷差值超出自差緩沖器402阻尼力矩(即卷簧機(jī)構(gòu)409和輔緩沖離合器410的阻尼力矩之和)時(shí)，聯(lián)系齒輪408發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂蒲b置采集桿位移傳感器407和桿自差傳感器412的信號(hào)，根據(jù)桿位移傳感器407和桿自差傳感器412的信息，控制裝置判斷兩對(duì)接機(jī)構(gòu)的對(duì)接環(huán)是否接觸。當(dāng)判斷為接觸后，控制裝置對(duì)每個(gè)主緩沖電機(jī)406進(jìn)行供電，控制同一組絲杠向前伸出。在推出過程中，每組絲杠的伸出速度均值與其受到的阻力成反比，當(dāng)同一組絲杠受到阻力(此時(shí)為壓入力)時(shí)，它將減緩伸出速度(或者說是“無負(fù)載”伸出速度)，反之，在驅(qū)動(dòng)力作用下則會(huì)加速伸出。應(yīng)該指出，此時(shí)同一組絲杠所受到阻力并不代表2根絲杠均為壓入力，可能會(huì)出現(xiàn)的情況為：一根絲杠受到拉力，另一根絲杠受到壓入力，但壓入力大于拉力，其總和為壓入力。但當(dāng)拉出力或壓入力超出主離合器405的打滑限定值時(shí)，主離合器405發(fā)生打滑。同時(shí)，同一組絲杠受載荷不一致，將迫使自差緩沖器402的聯(lián)系齒輪408發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由此，主動(dòng)對(duì)接裝置100的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101被動(dòng)的產(chǎn)生位置和姿態(tài)偏差，適應(yīng)兩對(duì)接機(jī)構(gòu)的相對(duì)偏差。當(dāng)控制裝置判斷兩航天器對(duì)接環(huán)貼合并實(shí)現(xiàn)捕獲后，控制裝置將主離合器405、輔緩沖離合器410和主緩沖電機(jī)406的工作狀態(tài)從捕獲模式調(diào)整為緩沖模式?？刂蒲b置提高主離合器405和輔緩沖離合器410的供電電壓，以此來提高主離合器405、輔緩沖離合器410的打滑力矩，從而達(dá)到增加對(duì)接環(huán)緩沖能力的目的。該打滑力矩的具體設(shè)計(jì)值與對(duì)接初始條件及航天器目標(biāo)有關(guān)，可以通過地面預(yù)置或?qū)忧帮w控注入來實(shí)現(xiàn)。在緩沖階段，對(duì)接機(jī)構(gòu)消耗相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量，并校正主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的位置和姿態(tài)偏差，在緩沖結(jié)束后，6根絲杠的長(zhǎng)度Ls(s表示每個(gè)絲杠的編號(hào))應(yīng)等長(zhǎng)，設(shè)定主動(dòng)對(duì)接環(huán)101校正后絲杠長(zhǎng)度為L(zhǎng)u?？刂蒲b置根據(jù)該些桿位移傳感器407的信號(hào)，控制主緩沖電機(jī)406，使3個(gè)桿位移傳感器307達(dá)到預(yù)定值，即3組絲杠的長(zhǎng)度和是相等的，均等于2Lu，此時(shí)，等式L1+L2＝L3+L4＝L5+L6＝2Lu成立。與此同時(shí)，在對(duì)接碰撞力作用下對(duì)接環(huán)101存在位置和姿態(tài)變化，同一組絲杠417和418長(zhǎng)度不一致，卷簧機(jī)構(gòu)409貯存能量，從而起到緩沖作用，磁粉輔緩沖離合器410發(fā)生打滑，實(shí)現(xiàn)耗能。當(dāng)同一組絲杠長(zhǎng)度差減小時(shí)，聯(lián)卷簧機(jī)構(gòu)409釋放能量，克服磁粉輔緩沖離合器410打滑力矩，促使同一組絲杠的長(zhǎng)度恢復(fù)一致，起到校正作用。由此，通過主緩沖器401和自差緩沖器402來實(shí)現(xiàn)對(duì)接環(huán)101的緩沖和校正。應(yīng)該指出的是，對(duì)接環(huán)101校正后的絲杠長(zhǎng)度Lu既可以為預(yù)先指定(如地面預(yù)置或飛控注入)，也可以是控制裝置根據(jù)緩沖執(zhí)行情況按照規(guī)定程序選定?？刂蒲b置根據(jù)桿位移傳感器407信息，控制主緩沖電機(jī)406的轉(zhuǎn)向。進(jìn)一步，也可以根據(jù)桿位移傳感器407信息對(duì)主緩沖電機(jī)406的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速等進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)控制規(guī)律的不同，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)接環(huán)101的姿態(tài)出現(xiàn)反復(fù)震蕩次數(shù)也會(huì)有所差異。較佳的，為了能夠保證同一組絲杠的長(zhǎng)度恢復(fù)一致，緩沖狀態(tài)下磁粉輔緩沖離合器410的打滑力矩應(yīng)小于卷簧機(jī)構(gòu)409的恢復(fù)力矩，這可以通過在緩沖階段調(diào)整磁粉輔緩沖離合器410的打滑力矩來實(shí)現(xiàn)，也可以將Lu設(shè)定為絲杠的極限長(zhǎng)度(即絲杠可伸出的最長(zhǎng)長(zhǎng)度)。進(jìn)一步，自差緩沖器402中的卷簧機(jī)構(gòu)409和輔緩沖離合器410也可以采用電機(jī)來代替，以此來模擬阻尼性能。在本實(shí)施例中，為簡(jiǎn)化控制，也可以在捕獲和緩沖過程中鎖定主緩沖電機(jī)406不轉(zhuǎn)動(dòng)，待兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)停止后，由控制裝置控制主緩沖電機(jī)406協(xié)調(diào)動(dòng)作，將對(duì)接環(huán)101校正。圖11和圖12為對(duì)接機(jī)構(gòu)捕獲緩沖階段的對(duì)接環(huán)等效性能示意圖。該些曲線是根據(jù)緩沖器阻尼力矩M與對(duì)接環(huán)101等效力F之間關(guān)系得出。圖11為對(duì)接環(huán)101在橫向Y方向的等效性能示意圖。該特性曲線為一個(gè)回滯曲線。當(dāng)對(duì)接環(huán)從零位向Y正向運(yùn)動(dòng)到ε1時(shí)，對(duì)接環(huán)克服絲杠、齒輪等機(jī)構(gòu)內(nèi)部間隙，當(dāng)對(duì)接環(huán)的橫向力達(dá)到f1時(shí)，所有的結(jié)構(gòu)間隙均已消除。同理，對(duì)接環(huán)101從橫向位置ε2返回時(shí)，運(yùn)動(dòng)到ε3時(shí)，完成間隙的消除。在曲線中，曲線斜率主要與自差緩沖器402的卷簧機(jī)構(gòu)409性能有關(guān)，去程與回程的載荷差值主要由輔緩沖離合器410及傳動(dòng)摩擦等引起。同理，對(duì)接環(huán)101在滾轉(zhuǎn)方向和Z方向的等效性能曲線也是類似的。圖12為對(duì)接環(huán)101在俯仰方向的等效性能示意圖。λ1的大小與對(duì)接機(jī)構(gòu)內(nèi)部間隙及彈性相關(guān)。在曲線中，等效力Mz與主緩沖器401性能有關(guān)，考慮到對(duì)接環(huán)俯仰角θ變化不大，因此，其俯仰方向等效性能可按照恒值來處理，一般情況下M1＝M2。同理，對(duì)接環(huán)101在偏航方向和X方向的等效性能曲線也是類似的。圖11和圖12為主緩沖電機(jī)406鎖定情況下的對(duì)接環(huán)等效性能曲線。為了提高捕獲概率和緩沖效率，控制裝置不僅對(duì)主離合器405和410的打滑力矩參數(shù)根據(jù)工作階段進(jìn)行調(diào)節(jié)或切換，還需要對(duì)主緩沖電機(jī)406運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)或切換，也可以根據(jù)航天器對(duì)接目標(biāo)及對(duì)接初始條件通過地面預(yù)置或在軌注入方式進(jìn)行改變，以此來調(diào)整緩沖阻尼性能。下面對(duì)控制裝置的控制與調(diào)整原則進(jìn)行說明。為保證對(duì)接捕獲過程中兩飛行器的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101與被動(dòng)對(duì)接環(huán)201相互接近，這要求對(duì)接裝置100的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101需要自動(dòng)適應(yīng)初始偏差，在適應(yīng)偏差過程中盡量減少能量消耗和減小對(duì)接力，這要求對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)剛度阻尼小，即主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的等效力要小。在捕獲前，將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的離合器打滑力矩設(shè)置為較小的水平，設(shè)置主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的推出速度與對(duì)接初始條件及目標(biāo)相匹配，這樣，捕獲階段的緩沖系統(tǒng)具有“軟”的特性，還能夠主動(dòng)適應(yīng)偏差。當(dāng)捕獲信號(hào)給出后，在主動(dòng)對(duì)接環(huán)101規(guī)定的運(yùn)動(dòng)行程內(nèi)，緩沖系統(tǒng)需要具有足夠的阻尼來緩沖相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101的離合器的打滑力矩設(shè)置為較大的水平，此時(shí)緩沖系統(tǒng)具有與捕獲階段不同的相對(duì)“硬”的特性。這些特性都可以通過控制裝置調(diào)整工作模式來實(shí)現(xiàn)。另外，在對(duì)接操作中，對(duì)接飛行器的特性參數(shù)(如質(zhì)量特性、對(duì)接初始條件)不同，會(huì)對(duì)對(duì)接機(jī)構(gòu)緩沖阻尼特性(即上述的離合器力矩等)的要求也會(huì)存在差異。在主動(dòng)對(duì)接裝置100的實(shí)例中，控制裝置參數(shù)具有可配置的功能，僅需簡(jiǎn)單參數(shù)注入即可實(shí)現(xiàn)緩沖阻尼特性的調(diào)整。因此，通過參數(shù)配置來確保主動(dòng)對(duì)接裝置100可以適應(yīng)特定的飛行器特性(如質(zhì)量、質(zhì)心偏移，飛行器的對(duì)接接近速度和角速度)。因此，本發(fā)明的對(duì)接裝置具備很寬對(duì)接適應(yīng)性和對(duì)接能力。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例2所涉及的對(duì)接機(jī)構(gòu)工作狀態(tài)和過程進(jìn)行描述。首先，主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)100從收攏狀態(tài)推出到準(zhǔn)備對(duì)接位置(即伸出狀態(tài))。主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)的主動(dòng)對(duì)接環(huán)100解除鎖定狀態(tài)(該鎖定用于克服航天器發(fā)射載荷環(huán)境)，控制驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)對(duì)磁粉主離合器405、410加電(可按照捕獲模式加電)，根據(jù)主動(dòng)對(duì)接環(huán)101預(yù)定位置，控制裝置驅(qū)動(dòng)主緩沖電機(jī)406將主動(dòng)對(duì)接環(huán)101推出。第二，主動(dòng)航天器運(yùn)動(dòng)到對(duì)接捕獲初始條件范圍內(nèi)。對(duì)接捕獲初始條件是預(yù)先定義的一個(gè)圍繞對(duì)接裝置的區(qū)域。第三，主動(dòng)對(duì)接裝置100的導(dǎo)向?qū)?zhǔn)階段。兩個(gè)航天器對(duì)接環(huán)相互接觸，在相互作用力下，主動(dòng)對(duì)接裝置100的主動(dòng)對(duì)接環(huán)101偏轉(zhuǎn)，此時(shí)，主動(dòng)對(duì)接裝置100的控制裝置控制磁粉主離合器405、410和主緩沖電機(jī)406進(jìn)入捕獲工作模式。此時(shí)對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)具有“軟”特性。由此，實(shí)現(xiàn)對(duì)接的導(dǎo)向及對(duì)準(zhǔn)。第四，主動(dòng)對(duì)接裝置100的捕獲。主要是相互靠近的主動(dòng)對(duì)接裝置100與被動(dòng)對(duì)接裝置200通過機(jī)械捕獲鎖103和卡板器202鎖合到一起(或采用電磁鐵吸合方式實(shí)現(xiàn))，實(shí)現(xiàn)柔性連接。之后主動(dòng)對(duì)接環(huán)101上的捕獲傳感裝置觸發(fā)，并給出捕獲信號(hào)。第五，緩沖階段，兩航天器之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)能量和剩余的相對(duì)運(yùn)動(dòng)通過主動(dòng)對(duì)接環(huán)101提供的反力進(jìn)行吸收和消耗。此時(shí)，主動(dòng)對(duì)接裝置100的控制裝置控制磁粉主離合器和主緩沖電機(jī)406進(jìn)入緩沖工作模式。此時(shí)對(duì)接裝置100的緩沖系統(tǒng)具有“硬”特性。第六，拉近階段，主動(dòng)航天器的主動(dòng)對(duì)接裝置100將兩飛行器拉近，通過對(duì)接框體104上表面的導(dǎo)向銷套實(shí)現(xiàn)精確對(duì)準(zhǔn)。最后階段是剛性連接階段，當(dāng)兩飛行器的對(duì)接框體104處于接近位置時(shí)，對(duì)接鎖系105工作，完成剛性連接，為兩對(duì)接面提供剛性連接力和密封力，實(shí)現(xiàn)對(duì)接通道的密封。這部分的工作原理與神舟八號(hào)載人飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)是相同的。綜上所述，本發(fā)明所提供的對(duì)接系統(tǒng)與方法，既不需要力傳感器參與控制，還能夠在控制系統(tǒng)中避免Stwart平臺(tái)正解運(yùn)算及實(shí)時(shí)反饋控制。利用本發(fā)明，不但有效的緩沖對(duì)接過程中碰撞載荷，還可以通過在軌改變離合器的離合力矩及電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)速率實(shí)現(xiàn)與不同對(duì)接質(zhì)量目標(biāo)的對(duì)接與分離，并還可以實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有載人航天器之間的對(duì)接。且其構(gòu)型簡(jiǎn)單、工作可靠、質(zhì)量輕，并具有經(jīng)濟(jì)性和通用性。當(dāng)前第1頁1 2 3