[发明专利]一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构

权利要求书

1.一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：电磁对接装置包括电磁装置，锁紧装置，位姿控制系统；

电磁装置包括：主电磁铁与副电磁铁(电磁铁包含线圈与铁磁体)；

锁紧装置包括：钩爪，钩爪槽、棘爪齿、电机组件、限位槽、引导头、凹穴、凸点；

位姿控制系统包括：三轴陀螺仪、三轴加速度计、激光测距仪、控制计算机；

所述锁紧装置中钩爪、电机组件位于追踪航天器主磁铁外侧，棘爪齿位于主电磁铁前限位孔内；钩爪槽、棘爪齿位于目标航天器主电磁铁前引导头上，用于实现两个航天器对接后锁紧；

所述副磁铁位于主磁铁周围，呈对称排列，用于调节航天器姿态；

所述位姿控制系统安装于追踪航天器中轴线上，其中激光测距仪用于测量两个航天器之间相对距离，三轴陀螺仪与三轴加速度计分别用于测量追踪航天器的角速度与加速度，为控制计算机提供相对位姿信息。

2.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：钩爪与电机组件相连，安装于追踪航天器主电磁铁周围，电机安装于对接面内，为钩爪的运动提供动力，钩爪从对接面上的开口伸出。

3.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：凹穴与凸点安装于副电磁铁前方，采用凸点、凹穴相互错开，嵌入式对接的结构；

所述凸点、凹穴分布在四个顶点上(副电磁铁前)，其中在目标航天器上凸点仅分布在两个沿对角线相对的顶点上，而追踪航天器上凸点则分布在另一对角线上；

所述凹穴位于副电磁铁正前方，凹穴点位于对接面内侧，深度与凸点长度相等；

所述凸点位于副电磁铁前方，凸点位于对接面外侧，长度与凹穴深度相等，对接时两个航天器上的凹穴与凸点相结合，保证两个航天器对接后锁紧的稳固。

4.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：主电磁铁与副电磁铁，用于产生电磁力/电磁力矩，调节两个航天器的相对位置、速度与姿态；

所述主电磁铁安装在对接机构中轴线上，副电磁铁位于对接机构四个顶点上，共五处；所述电磁铁由铁磁体与线圈组成；电磁铁均固定安置于基座上；

所述主电磁铁在对接过程中产生吸引力与排斥力；在两个航天器的对接过程中，相对位置较远时提供吸引力加速对接，相对位置较近时提供排斥力减速对接，最终实现柔性软对接；

所述副电磁铁在对接过程中产生吸引电磁力及力矩，为航天器的位姿调节提供动力。

5.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：限位槽安装于追踪航天器主电磁铁正前方，位于对接面内侧，限位槽与导引头形状相匹配；

所述限位槽内侧分布有棘爪齿，在对接后可与导引头上棘爪齿相嵌合。

6.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：导引头安装于目标航天器主电磁铁正前方，位于对接面外侧，导引头表面有钩爪槽与棘爪齿，末端为半球形，便于进入限位槽；

所述钩爪槽安装于导引头上，直径比限位槽略大，对接时，追踪航天器上钩爪收紧进入钩爪槽中，固定两个航天器，实现径向锁紧；

所述棘爪齿安装在导引头外侧，对接时，导引头进入限位槽，与限位槽内棘爪齿相结合，实现两个航天器的法向锁紧。

7.根据权利要求1所述的一种基于钩爪与棘爪齿的空间嵌入式电磁对接机构，其特征在于：位姿控制系统包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、激光测距仪、控制计算机；

所述激光测距仪安装于追踪航天器上主电磁铁旁，用于测量并向控制计算机提供两个航天器相对位置信息；

所述三轴加速度计与三轴陀螺仪均安装于追踪航天器中轴线上，位于主电磁铁后，测量追踪航天器三个方向加速度与角速度，为控制计算机提供追踪航天器的姿态信息，其中目标航天器的姿态信息能够通过自身敏感器测量直接获得，并提供给追踪航天器携带的控制计算机，用以计算相对姿态信息；

所述控制计算机安装于追踪航天器上，通过输入的相对位置与姿态信息给出所需理论电磁力与电磁力矩，输入给电磁装置。