張曉天，何寧泊，王睿青，王文龍

(1. 北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院，北京 100191；2. 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094)

0 引 言

用于航天器的對(duì)接機(jī)構(gòu)種類(lèi)繁多，包括艙段對(duì)接機(jī)構(gòu)、星箭對(duì)接機(jī)構(gòu)、子母衛(wèi)星對(duì)接機(jī)構(gòu)、微小型衛(wèi)星對(duì)接機(jī)構(gòu)等。為確保對(duì)接機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的安全可靠，需要對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理建模[1]，并對(duì)其工作過(guò)程進(jìn)行仿真校驗(yàn)[2]。

隨著微小型衛(wèi)星的快速發(fā)展，適用于微小型衛(wèi)星的對(duì)接機(jī)構(gòu)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外航天界研究的重點(diǎn)之一，國(guó)外相繼出現(xiàn)了P-POD[3-4]，SPL[5]等微小型衛(wèi)星連接分離裝置，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了用于皮星一號(hào)A[6]、吉林一號(hào)[7]等衛(wèi)星的小衛(wèi)星分離機(jī)構(gòu)。研制過(guò)程中，研究人員對(duì)此類(lèi)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了建模和仿真分析研究。國(guó)外方面，Christiansen等[8]研制了一款用于空間自動(dòng)對(duì)接的裝置，該裝置采用三爪爪鉤式捕獲實(shí)現(xiàn)空間軟對(duì)接，文獻(xiàn)[8]主要介紹各組件的工作原理以及對(duì)裝置展開(kāi)的實(shí)物試驗(yàn)，并對(duì)建模和仿真工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，Gampe等[9]針對(duì)用于在軌空間裝配的衛(wèi)星研制了一款對(duì)接裝置，對(duì)接主被動(dòng)端分布采用鉗式卡鉤和棒狀短柄。國(guó)內(nèi)方面，張大偉等[10]針對(duì)面向在軌服務(wù)的小型航天器上使用的類(lèi)桿椎式對(duì)接機(jī)構(gòu)，給出了動(dòng)力學(xué)分析方法，建立了機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行了仿真評(píng)價(jià)；謝長(zhǎng)雄等[11]對(duì)用于皮星一號(hào)A與其運(yùn)載器之間的皮衛(wèi)星星箭分離機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，建立了星箭分離過(guò)程動(dòng)力學(xué)模型，通過(guò)對(duì)動(dòng)力學(xué)模型的數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的對(duì)接機(jī)構(gòu)滿(mǎn)足無(wú)干涉分離條件；譚雪峰等[12]通過(guò)數(shù)值分析對(duì)包帶式星箭對(duì)接機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬分析，考察了多種因素對(duì)多種典型失效形式的影響。

近年來(lái)，國(guó)外航天界興起了模塊化衛(wèi)星的研究熱潮，特別是利用模塊化小衛(wèi)星進(jìn)行在軌科學(xué)研究，Weise等[13]來(lái)自德國(guó)的研究人員提出了用于在軌服務(wù)衛(wèi)星的智能模塊(intelligent Building blocks for on-orbit-satellite servicing, iBOSS)的概念，即利用模塊化可重構(gòu)的微小型衛(wèi)星組合來(lái)將傳統(tǒng)的衛(wèi)星平臺(tái)分解為若干標(biāo)準(zhǔn)化的智能方形模塊，為了實(shí)現(xiàn)這些智能模塊之間的連接鎖緊與解鎖分離，使用了一種用于此類(lèi)模塊化微小型衛(wèi)星的智能空間系統(tǒng)對(duì)接機(jī)構(gòu)(intelligent Space system interface, iSSI)，這種對(duì)接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的航天器對(duì)接機(jī)構(gòu)不同，主被動(dòng)對(duì)接段采用了相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[13-14]。

本文對(duì)模塊化微小型衛(wèi)星的對(duì)接機(jī)構(gòu)iSSI進(jìn)行機(jī)構(gòu)原理分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程推導(dǎo)和驗(yàn)證、運(yùn)動(dòng)仿真分析等，驗(yàn)證此類(lèi)對(duì)接機(jī)構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)和工作性能，為研制此類(lèi)新型對(duì)接機(jī)構(gòu)提供一定的設(shè)計(jì)思路和方法。

1 iSSI機(jī)構(gòu)工作原理

iSSI相互對(duì)接的兩個(gè)對(duì)接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，對(duì)接接口一致，分為對(duì)接機(jī)構(gòu)主動(dòng)端和對(duì)接機(jī)構(gòu)被動(dòng)端。其中對(duì)接機(jī)構(gòu)被動(dòng)端在對(duì)接過(guò)程中不運(yùn)動(dòng)，僅作為被接對(duì)象，而對(duì)接機(jī)構(gòu)主動(dòng)端則通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊帶動(dòng)相關(guān)機(jī)構(gòu)工作，使得其上的主動(dòng)卡鉤與對(duì)接機(jī)構(gòu)被動(dòng)端的被動(dòng)卡鉤對(duì)接以完成鎖緊工作。

如圖1所示，iSSI整體為柱式結(jié)構(gòu)，由支承結(jié)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組和驅(qū)動(dòng)裝置組成，驅(qū)動(dòng)裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)組提供驅(qū)動(dòng)力，在支承結(jié)構(gòu)的配合下完成對(duì)接工作。驅(qū)動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器和蝸輪蝸桿組成；執(zhí)行機(jī)構(gòu)組由耦合環(huán)、固定導(dǎo)向環(huán)、驅(qū)動(dòng)環(huán)和插銷(xiāo)環(huán)組成；支承結(jié)構(gòu)由立柱和上下圓板組成。

電機(jī)通電后，經(jīng)減速器和蝸輪蝸桿將運(yùn)動(dòng)傳遞至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)環(huán)帶動(dòng)耦合環(huán)和插銷(xiāo)環(huán)在導(dǎo)向槽的引導(dǎo)下旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，最終由主動(dòng)端耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤與被動(dòng)端驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤配合完成軸向?qū)永o，由插銷(xiāo)與被接端頂蓋的插銷(xiāo)孔配合完成周向?qū)渔i緊。電機(jī)反轉(zhuǎn)，插銷(xiāo)抽出插銷(xiāo)孔，主被動(dòng)卡鉤分離，實(shí)現(xiàn)對(duì)接機(jī)構(gòu)的分離。

iSSI的關(guān)鍵在于精確控制主動(dòng)端耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤的運(yùn)動(dòng)軌跡，使其與被動(dòng)端驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤對(duì)接，這項(xiàng)工作由驅(qū)動(dòng)環(huán)、耦合環(huán)、固定導(dǎo)向環(huán)和滑銷(xiāo)配合完成，其中滑銷(xiāo)貫穿并固連在耦合環(huán)上，滑銷(xiāo)的兩端分別嵌入驅(qū)動(dòng)環(huán)和固定導(dǎo)向環(huán)上的滑銷(xiāo)槽中，由驅(qū)動(dòng)環(huán)上的滑銷(xiāo)槽帶動(dòng)滑銷(xiāo)在固定導(dǎo)向環(huán)上的滑銷(xiāo)槽中運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)耦合環(huán)運(yùn)動(dòng)的控制。

2 iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)

iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組包括驅(qū)動(dòng)環(huán)、耦合環(huán)和固定導(dǎo)向環(huán)，其中：固定導(dǎo)向環(huán)固定不動(dòng)；驅(qū)動(dòng)環(huán)僅繞軸旋轉(zhuǎn)；耦合環(huán)可繞軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿軸移動(dòng)。下面分析滑銷(xiāo)與滑銷(xiāo)槽的位置關(guān)系，以確定滑銷(xiāo)與耦合環(huán)的交點(diǎn)的位置變化規(guī)律，進(jìn)而確定耦合環(huán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2.1 坐標(biāo)系建立及參數(shù)定義

如圖5所示，將驅(qū)動(dòng)環(huán)和固定導(dǎo)向環(huán)上滑銷(xiāo)槽的軌跡線(xiàn)在滑銷(xiāo)的兩個(gè)端點(diǎn)處分別沿驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面和固定導(dǎo)向環(huán)外表面的切平面展開(kāi)，合并得到兩條軌跡線(xiàn)的平面相對(duì)位置投影圖。

2.2 推導(dǎo)過(guò)程

設(shè)驅(qū)動(dòng)環(huán)繞軸轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為θ，驅(qū)動(dòng)環(huán)上滑銷(xiāo)槽轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)為L(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)環(huán)的半徑為R1。

如圖5所示，隨著驅(qū)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩條槽軌跡線(xiàn)的相對(duì)位置逐步變化，根據(jù)二者的相對(duì)位置將轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程分為6個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)兩條軌跡線(xiàn)不同線(xiàn)段的多種交叉組合。兩條軌跡線(xiàn)的交點(diǎn)為滑銷(xiāo)在平面投影圖中的位置，即M1,M2,M3在平面投影圖中位置。

1)驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第①階段

L≤l0

(1)

式中：l0為驅(qū)動(dòng)環(huán)上滑銷(xiāo)槽的第一段(水平段)的弧長(zhǎng)。

在此階段，滑銷(xiāo)與驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面交點(diǎn)M1所轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)lM1和所在高度zM1均為0；滑銷(xiāo)與固定導(dǎo)向環(huán)外表面交點(diǎn)M3轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)lM3和所在高度zM3也均為0。

2)驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第②階段

(2)

在此階段M1轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)lM1為：

lM1=θR1-l0

(3)

由幾何關(guān)系得：

(4)

則有：

(5)

3)驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第③階段

(6)

在此階段M1轉(zhuǎn)過(guò)的弧長(zhǎng)lM1和所在高度zM1為：

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第④～⑥階段，M1位置參數(shù)的推導(dǎo)與第②階段類(lèi)似，推導(dǎo)過(guò)程不再贅述，下面直接給出結(jié)果。

4)驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第④階段

(14)

(15)

5) 驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第⑤階段

(16)

(17)

6) 驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的第⑥階段

(18)

z1+z2+z3-z4

(19)

2.3 卡鉤干涉問(wèn)題

在驅(qū)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，耦合環(huán)在滑銷(xiāo)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)并上升，耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤有可能與驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤發(fā)生干涉。如圖3所示，此干涉問(wèn)題可以轉(zhuǎn)換為主動(dòng)卡鉤上特征點(diǎn)C,D′與被動(dòng)卡鉤上特征點(diǎn)A′,B處于同一水平面時(shí)，對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)間的相位關(guān)系問(wèn)題。下面計(jì)算主被動(dòng)卡鉤上各特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，推導(dǎo)特征點(diǎn)弧度差表達(dá)式，研究影響主被動(dòng)卡鉤是否發(fā)生干涉的因素。

1)主動(dòng)卡鉤上表面上升到達(dá)被動(dòng)卡鉤下表面

此時(shí)，C點(diǎn)上升到A′點(diǎn)所在平面z=z4-d1。

C,A′點(diǎn)的坐標(biāo)為：

(20)

A′(R1-b0-b1,θ-φ0-φ1,z4-d1)

(21)

其中，θM2和zM2可以根據(jù)M2坐標(biāo)求得。此時(shí)驅(qū)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)處于第②階段，則有：

lM1=θR1-l0

(22)

(23)

(24)

(25)

將θM2和zM2的值代入式(21),得：

(26)

故A′和C點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為：

(27)

A′和C點(diǎn)的弧度差為：

(28)

可見(jiàn)A′和C點(diǎn)的弧度差與以下參數(shù)相關(guān)：驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面上所開(kāi)槽的第一水平段的弧度l0/R1,驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始位置φ0,被動(dòng)卡鉤的寬度2φ1,耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始φ2,主動(dòng)卡鉤的寬度2φ3。

2)主動(dòng)卡鉤下表面上升離開(kāi)被動(dòng)卡鉤上表面

此時(shí)，D′點(diǎn)上升到B點(diǎn)所在平面z=z4。

D′,B點(diǎn)的坐標(biāo)為：

(29)

(30)

其中,θM2和zM2可以根據(jù)Μ2坐標(biāo)求得。此時(shí)驅(qū)動(dòng)環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)處于第③階段，有：

(31)

(32)

(33)

(34)

當(dāng)zB=zD′時(shí),

(35)

可求得D′點(diǎn)上升到B點(diǎn)所在平面z=z4時(shí)驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)的弧度為：

(36)

代入B和D′點(diǎn)的弧度差公式得

(37)

化簡(jiǎn)得：

(38)

可見(jiàn)B和D′點(diǎn)的弧度差與以下參數(shù)相關(guān)：驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面上所開(kāi)槽的第一水平段的弧度l0/R1,驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始位置φ0,被動(dòng)卡鉤的寬度2φ1,耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始位置φ2,主動(dòng)卡鉤的寬度2φ3,驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面上所開(kāi)槽的第二豎直段的長(zhǎng)度z1,驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面上所開(kāi)槽的第三斜線(xiàn)段的相對(duì)水平面的角度θ5,驅(qū)動(dòng)環(huán)的高度z4,耦合環(huán)上M2相對(duì)頂面的高度差z5-z6。

利用推導(dǎo)的iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算得到主被動(dòng)卡鉤可能發(fā)生干涉時(shí)其上特征點(diǎn)的弧度差公式，明確了影響是否發(fā)生干涉的多個(gè)因素。下面驗(yàn)證iSSI機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，進(jìn)一步對(duì)影響卡鉤干涉問(wèn)題的因素進(jìn)行直觀(guān)量化分析。

3 iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組運(yùn)動(dòng)方程驗(yàn)證分析

3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模驗(yàn)證

根據(jù)推導(dǎo)的驅(qū)動(dòng)環(huán)、耦合環(huán)和固定導(dǎo)向環(huán)以及其上的特征點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，三者的運(yùn)動(dòng)由獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程表達(dá)，形成了較為完整的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。如圖7所示，利用MATLAB對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行仿真復(fù)現(xiàn)，使用集成于Simulink平臺(tái)的多體動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的建模分析工具SimMechanics作為仿真工具，建模和分析工作均在 Simulink 環(huán)境中完成。

使用Simulink的求解器進(jìn)行求解，能夠直觀(guān)地觀(guān)察整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程以及驅(qū)動(dòng)環(huán)、耦合環(huán)和固定導(dǎo)向環(huán)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通過(guò)搭建數(shù)據(jù)分析模塊研究、歸納和總結(jié)驅(qū)動(dòng)環(huán)與耦合環(huán)間的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

如圖8所示，MATLAB仿真復(fù)現(xiàn)結(jié)果顯示，iSSI機(jī)構(gòu)各構(gòu)件相互協(xié)調(diào)工作，未發(fā)生穿透、錯(cuò)位等異?，F(xiàn)象，推導(dǎo)得到的iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組運(yùn)動(dòng)學(xué)模型中各零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律符合實(shí)際機(jī)構(gòu)作動(dòng)規(guī)律，與第1節(jié)分析的機(jī)構(gòu)工作原理相符。

3.2 卡鉤干涉問(wèn)題直觀(guān)量化分析

利用第3.1節(jié)搭建的數(shù)據(jù)分析模塊，可以得到耦合環(huán)以及驅(qū)動(dòng)環(huán)上特征點(diǎn)A,B,C,D的相位-時(shí)間變化圖，下面結(jié)合相位-時(shí)間變化圖，分析對(duì)接機(jī)構(gòu)工作過(guò)程中耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤與驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤是否發(fā)生干涉，研究主被動(dòng)卡鉤不發(fā)生干涉的條件。如圖9所示，實(shí)線(xiàn)代表耦合環(huán)上主動(dòng)卡鉤的特征點(diǎn)隨時(shí)間的相位變化，可見(jiàn)耦合環(huán)上主動(dòng)卡鉤的相位變化分為4個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)滑銷(xiāo)在L型槽水平段、豎直一段、斜線(xiàn)段、豎直二段滑動(dòng)時(shí)，耦合環(huán)的相位變化。虛線(xiàn)代表驅(qū)動(dòng)環(huán)上被動(dòng)卡鉤的特征點(diǎn)隨時(shí)間的相位變化，虛線(xiàn)為斜線(xiàn)段，代表驅(qū)動(dòng)環(huán)繞軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

初始時(shí)刻，即t=0時(shí)，耦合環(huán)上的一個(gè)主動(dòng)卡鉤位于φ2初始點(diǎn)處，其上的特征點(diǎn)C，D分別位于φ2+φ1以及φ2-φ1處；驅(qū)動(dòng)環(huán)上的兩個(gè)被動(dòng)卡鉤位于φ0和φ0-π/2處，其上的特征點(diǎn)A，B分別位于φ0-φ3以及φ0-π/2+φ3處。

由運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以確定，在對(duì)接機(jī)構(gòu)運(yùn)行到t1～t2的時(shí)候，耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤通過(guò)驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤所在的平面，定義t1～t2這段時(shí)間為主被動(dòng)卡鉤干涉判定通道，在此通道中，主被動(dòng)卡鉤特征點(diǎn)的相位關(guān)系決定主被動(dòng)卡鉤是否發(fā)生干涉。

這里給出不干涉條件：

φB<φD<φC<φA,t1

主被動(dòng)卡鉤在通道不干涉時(shí)，主動(dòng)卡鉤均能在兩個(gè)被動(dòng)卡鉤間的空隙中通過(guò)，特征點(diǎn)的相位關(guān)系滿(mǎn)足上述不等式。下面討論影響特征點(diǎn)相位差的因素。

由運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可知，影響φA與φC的差值的參數(shù)有：驅(qū)動(dòng)環(huán)外表面上所開(kāi)槽的第一段的弧度l0/R1，驅(qū)動(dòng)環(huán)上的主動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始位置φ0，主動(dòng)卡鉤的寬度2φ1，耦合環(huán)上的被動(dòng)卡鉤相對(duì)xOz平面的初始位置φ2，被動(dòng)卡鉤的寬度2φ3。

1)由于初始時(shí)刻耦合環(huán)上主動(dòng)卡鉤位于驅(qū)動(dòng)環(huán)上被動(dòng)卡鉤的下方，為了避免主動(dòng)卡鉤上升直接碰撞到被動(dòng)卡鉤，方案設(shè)計(jì)階段在驅(qū)動(dòng)環(huán)的滑銷(xiāo)槽上增設(shè)了弧長(zhǎng)為l0,弧度為l0/R1的水平段，其作用在于初始段耦合環(huán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)環(huán)先行轉(zhuǎn)動(dòng)，使得主被動(dòng)卡鉤周向相互錯(cuò)開(kāi)一定的相位，這點(diǎn)在相位-時(shí)間圖中有直觀(guān)的體現(xiàn)。如圖10所示，水平段弧長(zhǎng)l0不宜過(guò)長(zhǎng)，不僅要能使得初始段二者相互錯(cuò)開(kāi)，也要使得二者在干涉判定通道內(nèi)的相位關(guān)系滿(mǎn)足不干涉條件。

2)在對(duì)機(jī)構(gòu)的對(duì)接處進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮材料的強(qiáng)度問(wèn)題，其中涉及到主被動(dòng)卡鉤的對(duì)接接觸面大小，即主動(dòng)卡鉤的寬度2φ1以及被動(dòng)卡鉤的寬度2φ3的取值問(wèn)題。當(dāng)對(duì)接處材料強(qiáng)度不足而要求接觸面積增大時(shí)，即要求主被動(dòng)卡鉤寬度2φ1和2φ3增大，如圖11所示，當(dāng)增幅過(guò)大時(shí)，在干涉判定通道中，特征點(diǎn)相位不再滿(mǎn)足不干涉條件，出現(xiàn)干涉問(wèn)題。因此，出于強(qiáng)度因素增大對(duì)接接觸面積時(shí)，有一定的調(diào)整裕度，但不宜過(guò)大。

3)由于完成模塊化微小型衛(wèi)星對(duì)接機(jī)構(gòu)工作的主被動(dòng)卡鉤來(lái)自于兩個(gè)iSSI，分別是iSSI-1的耦合環(huán)主動(dòng)卡鉤和iSSI-2的驅(qū)動(dòng)環(huán)被動(dòng)卡鉤，要實(shí)現(xiàn)對(duì)接功能則要求二者的末端相位相互匹配，最直接的手段便是調(diào)整二者的初始相位，即調(diào)整主動(dòng)卡鉤初始相位φ0和被動(dòng)卡鉤初始相位φ2。如圖12所示，為了使主被動(dòng)卡鉤末端相位匹配而僅僅調(diào)整二者的初始相位，可能導(dǎo)致干涉判定通道內(nèi)二者的相位關(guān)系不符合不干涉條件，出現(xiàn)干涉問(wèn)題。

結(jié)合對(duì)影響卡鉤干涉問(wèn)題的各因素的分析可知，要避免主被動(dòng)卡鉤發(fā)生碰撞需要協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)環(huán)滑銷(xiāo)槽水平段的長(zhǎng)度、主被動(dòng)卡鉤的寬度及其初始相位，才能使主動(dòng)對(duì)接端的耦合環(huán)上的主動(dòng)卡鉤在機(jī)構(gòu)工作初期與主動(dòng)對(duì)接端的驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤相互錯(cuò)開(kāi)、互不影響，在機(jī)構(gòu)工作末期與被動(dòng)對(duì)接端的驅(qū)動(dòng)環(huán)上的被動(dòng)卡鉤相互匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

4 結(jié) 論

文中對(duì)一種用于模塊化微小型衛(wèi)星間的對(duì)接機(jī)構(gòu)iSSI的機(jī)構(gòu)工作原理進(jìn)行了定性分析，確定了各零部件的組成及其相互作用關(guān)系；進(jìn)一步對(duì)iSSI執(zhí)行機(jī)構(gòu)組中各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了定量分析，推導(dǎo)得到了耦合環(huán)和驅(qū)動(dòng)環(huán)的運(yùn)動(dòng)方程，結(jié)合運(yùn)動(dòng)方程對(duì)耦合環(huán)上主動(dòng)卡鉤與驅(qū)動(dòng)環(huán)上被動(dòng)卡鉤之間可能存在的干涉問(wèn)題進(jìn)行了推導(dǎo)分析，明確了影響卡鉤是否發(fā)生干涉的多個(gè)因素；驗(yàn)證了推導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)方程的正確性，對(duì)影響卡鉤干涉問(wèn)題的因素進(jìn)行了直觀(guān)量化分析。

重點(diǎn)對(duì)iSSI機(jī)構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)和工作性能進(jìn)行了多角度多層次的分析，建立了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過(guò)MATLAB對(duì)模型進(jìn)行了仿真計(jì)算，提出了卡鉤干涉問(wèn)題并定性定量分析了其影響因素，給出了避免卡鉤發(fā)生干涉的可行方案。

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