本发明涉及空间站载荷对接机构领域，具体涉及应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统和方法。
背景技术：
1、空间载荷在实验时需要通过对接机构与空间站对接，实现电路和液路的对接。目前应用于空间大型载荷的对接机构为了确保连接可靠性、提供足够的电路和液路连接接口，对接机构往往尺寸偏大，质量偏重，制造成本和工艺复杂，布局灵活性和适应性低。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是如何实现空间大型载荷的对接，并降低对接机构成本。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，包括至少两个单组件对接机构，所述单组件对接机构包括可拆卸连接的主动端和被动端，至少两个所述主动端均用于与空间站外舱体固定连接，至少两个所述被动端均用于与目标载荷连接端固定连接。
3、本发明的有益效果是：采用多个小型的单组件对接机构替代大型的对接机构，多点对接可保证对接可靠性；并且也提供了足够的布置电路和液路连接接口的空间。对接机构实现了小型化、高精度、大承载的目的，对接机构成本低，更具灵活性。
4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
5、进一步，所述主动端包括外壳承力筒、抓取动力机构、牵引盘、爪子和导向轴，所述抓取动力机构与所述牵引盘传动连接并位于所述外壳承力筒内，所述爪子为多个，多个所述爪子沿所述外壳承力筒周向间隔设置，每个所述爪子的一端与所述牵引盘铰接，其另一端伸出所述外壳承力筒并具有抓取头，所述爪子中部具有沿其长度方向设置的爪子导向槽，所述导向轴为多个，多个所述导向轴与所述外壳承力筒固定连接，并与多个所述爪子导向槽一一对应滑动配合，所述被动端包括被动壳体，所述被动壳体的外侧沿其周向间隔设有多个抓取槽；多个所述抓取头与多个所述抓取槽一一对应插接并将所述主动端和所述被动端相向拉紧，或多个所述抓取头与多个所述抓取槽松开。
6、采用上述进一步方案的有益效果是：抓取动力机构带动牵引盘直线往复移动，由于固定设置的导向轴对爪子具有导向作用，牵引盘靠近导向轴时，多个爪子张开；牵引盘远离导向轴时，多个爪子合拢。主动端捕获被动端时，多个爪子先张开，然后目标载荷带着被动端靠近主动端，多个爪子合拢，抓取头插入对应的抓取槽，抓取头与抓取槽形状相适配，实现被动端与主动端位置的粗校正。随后抓取动力机构继续带动牵引盘向远离导向轴的方向移动，抓取头拉着被动端靠近主动端，直至被动端与主动端上的电路和液路完成对接。
7、进一步，所述抓取动力机构包括电机、减速器、蜗杆、蜗轮、滚珠丝杠和丝杠螺母，所述电机、所述减速器和所述蜗杆同轴设置并依次传动连接，所述蜗轮与所述蜗杆啮合传动，所述蜗轮与所述滚珠丝杠的一端固定连接，所述滚珠丝杠与所述外壳承力筒同轴设置并转动连接，所述丝杠螺母与所述牵引盘固定连接，并与所述滚珠丝杠螺纹传动。
8、采用上述进一步方案的有益效果是：电机的输出经过减速器减速后，驱动蜗杆带动蜗轮转动，蜗轮带动滚珠丝杠转动，进而使丝杠螺母沿滚珠丝杠直线移动，从而使牵引盘直线移动。蜗杆和蜗轮可实现正向传动和反向自锁，从而在电机不转动时，确保牵引盘和爪子不会移动。
9、进一步，所述主动端还包括解锁行程开关和锁紧行程开关，所述解锁行程开关和所述锁紧行程开关沿所述外壳承力筒轴向间隔固定设置，并用于检测所述牵引盘的位置。
10、采用上述进一步方案的有益效果是：通过解锁行程开关和锁紧行程开关限制牵引盘的上下极限位置，即多个爪子的张合程度，当牵引盘触发解锁行程开关或锁紧行程开关，电机停止转动，爪子保持张开或合拢的动作。
11、进一步，所述抓取槽靠近所述主动端的一端端壁固定有碟簧，所述抓取槽的另一端具有抓取导向斜面。
12、采用上述进一步方案的有益效果是：在被动端与主动端对接完成后，碟簧对爪子的抓取头施加背向主动端的弹性推力，确保蜗杆和蜗轮顶紧，并利用其结构实现自锁。提高空间环境适应性，比如温度交变、微振动情况。
13、在解锁步骤中，牵引盘先带着爪子直线移动，当爪子端部的抓取头接触到抓取导向斜面时，随着爪子继续直线移动，抓取导向斜面将爪子沿被动端径向向外导向，使爪子顺利打开。
14、进一步，所述主动端朝向所述被动端的一端间隔固定有两个定位销，所述被动端朝向所述主动端的一端间隔设有长腰孔和精定位孔，其中一个所述定位销与所述长腰孔插接或分离，另一个所述定位销与所述精定位孔插接或分离。
15、采用上述进一步方案的有益效果是：在主动端和被动端的对接面设计两组定位销和孔，用于实现主动端和被动端位置的的精校正。其中一个孔为条形的长腰孔，可防止过定位问题，因此两组定位销和孔的定位结构可等效分析为一个定位销和圆形的精定位孔的对位能力。
16、进一步，所述主动端侧壁还固定有视觉相机，所述被动端侧壁还固定有视觉靶标，所述视觉相机用于获取所述视觉靶标的位置信息。
17、采用上述进一步方案的有益效果是：视觉相机用于获取视觉靶标的位置信息，从而在精校正之前，可以根据该位置信息调整主动端和被动端的相对位置，补偿位置偏移。
18、进一步，所述主动端朝向所述被动端的一端固定有第一弧形齿条，所述被动端朝向所述主动端的一端固定有第二弧形齿条，所述第一弧形齿条与所述第二弧形齿条啮合或分离。
19、采用上述进一步方案的有益效果是：主动端和被动端对接过程中，随着两者逐渐靠近，两个定位销先逐渐插入对应的长腰孔和精定位孔，最终第一弧形齿条与第二弧形齿条对接啮合，对主动端和被动端的相对位置进一步定位。
20、本发明还提供一种对接方法，采用所述的应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统实现，包括以下步骤：
21、捕获步骤，包括：
22、步骤11，调整目标载荷的位置，使至少两个主动端与相应的被动端位置对应；
23、步骤12，至少两个所述主动端依次捕获相应的所述被动端，并实现所述主动端与相应所述被动端相对位置的粗校正；
24、步骤13，至少两个所述主动端将相应的所述被动端同步拉近，并实现所述主动端与相应所述被动端相对位置的精校正，所述主动端与相应所述被动端锁紧；
25、解锁步骤，包括：
26、步骤21，所述主动端与相应所述被动端解锁。
27、有益效果是：捕获步骤包括至少两个单组件对接机构的异步捕获并粗校正、同步精校正和锁紧过程，大大提升了对接精度，可靠性高。解锁步骤采用同步解锁，解锁效率高。
28、进一步，所述步骤12具体包括：至少两个所述主动端的多个爪子完全张开，调整所述目标载荷的位置，使所述被动端处于相应所述主动端的多个所述爪子抓取范围内；
29、至少两个所述主动端依次执行捕获粗校正动作，所述捕获粗校正动作包括：多个所述爪子收拢并捕获相应的所述被动端，所述爪子插入对应的抓取槽内，实现所述主动端与相应所述被动端相对位置的粗校正；
30、所述步骤13具体包括：所述主动端侧壁的视觉相机获取相应所述被动端的视觉靶标的位置信息，并根据所述位置信息调整所述目标载荷的位置，使所述主动端与所述被动端的相对位置误差在预设误差范围内；
31、至少两个所述主动端同步执行精校正锁紧动作，所述精校正锁紧动作包括：所述主动端的多个所述爪子将相应所述被动端拉近所述主动端，同时所述主动端上的两个定位销插入相应所述被动端的长腰孔和精定位孔，所述主动端上的第一弧形齿条与相应所述被动端的第二弧形齿条对应啮合，从而实现精校正；所述爪子的位置锁定，实现所述主动端与相应所述被动端锁紧。
1.一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，包括至少两个单组件对接机构(100)，所述单组件对接机构(100)包括可拆卸连接的主动端(200)和被动端(300)，至少两个所述主动端(200)均用于与空间站外舱体固定连接，至少两个所述被动端(300)均用于与目标载荷连接端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述主动端(200)包括外壳承力筒(201)、抓取动力机构、牵引盘(202)、爪子(203)和导向轴(204)，所述抓取动力机构与所述牵引盘(202)传动连接并位于所述外壳承力筒(201)内，所述爪子(203)为多个，多个所述爪子(203)沿所述外壳承力筒(201)周向间隔设置，每个所述爪子(203)的一端与所述牵引盘(202)铰接，其另一端伸出所述外壳承力筒(201)并具有抓取头，所述爪子(203)中部具有沿其长度方向设置的爪子导向槽，所述导向轴(204)为多个，多个所述导向轴(204)与所述外壳承力筒(201)固定连接，并与多个所述爪子导向槽一一对应滑动配合，所述被动端(300)包括被动壳体(301)，所述被动壳体(301)的外侧沿其周向间隔设有多个抓取槽(302)；多个所述抓取头与多个所述抓取槽(302)一一对应插接并将所述主动端(200)和所述被动端(300)相向拉紧，或多个所述抓取头与多个所述抓取槽(302)松开。
3.根据权利要求2所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述抓取动力机构包括电机(205)、减速器(206)、蜗杆(207)、蜗轮(208)、滚珠丝杠(209)和丝杠螺母(210)，所述电机(205)、所述减速器(206)和所述蜗杆(207)同轴设置并依次传动连接，所述蜗轮(208)与所述蜗杆(207)啮合传动，所述蜗轮(208)与所述滚珠丝杠(209)的一端固定连接，所述滚珠丝杠(209)与所述外壳承力筒(201)同轴设置并转动连接，所述丝杠螺母(210)与所述牵引盘(202)固定连接，并与所述滚珠丝杠(209)螺纹传动。
4.根据权利要求2所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述主动端(200)还包括解锁行程开关(211)和锁紧行程开关(212)，所述解锁行程开关(211)和所述锁紧行程开关(212)沿所述外壳承力筒(201)轴向间隔固定设置，并用于检测所述牵引盘(202)的位置。
5.根据权利要求2所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述抓取槽(302)靠近所述主动端(200)的一端端壁固定有碟簧(306)，所述抓取槽(302)的另一端具有抓取导向斜面(3021)。
6.根据权利要求1所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述主动端(200)朝向所述被动端(300)的一端间隔固定有两个定位销(213)，所述被动端(300)朝向所述主动端(200)的一端间隔设有长腰孔(303)和精定位孔(304)，其中一个所述定位销(213)与所述长腰孔(303)插接或分离，另一个所述定位销(213)与所述精定位孔(304)插接或分离。
7.根据权利要求1所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述主动端(200)侧壁还固定有视觉相机(214)，所述被动端(300)侧壁还固定有视觉靶标(307)，所述视觉相机(214)用于获取所述视觉靶标(307)的位置信息。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统，其特征在于，所述主动端(200)朝向所述被动端(300)的一端固定有第一弧形齿条(215)，所述被动端(300)朝向所述主动端(200)的一端固定有第二弧形齿条(305)，所述第一弧形齿条(215)与所述第二弧形齿条(305)啮合或分离。
9.一种对接方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的应用于空间大型载荷的小型多组件对接机构系统实现，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种对接方法，其特征在于，
