CN106428632A - 一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统 - Google Patents

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Abstract

一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，包括六面立方体型的卫星主体，卫星主体上安装有太阳能帆板，卫星主体依次相连的四个面上设置有缓冲气垫面，缓冲气垫面包括气垫以及设置在气垫当中的力传感器，缓冲气垫面两侧的卫星主体上设置有刚柔拼接机械臂，所述的力传感器通过弹出装置分别与两个刚柔拼接机械臂相连，刚柔拼接机械臂包括与弹出装置连接的柔性部分以及连接在柔性部分前端的刚性抓手。本发明能够承受快速运动碎片的撞击，并且刚柔拼接机械臂的柔性部分对碎片大小和形状的包容性更强，结合刚性抓手也比较容易控制，兼具有刚性抓捕和柔性抓捕的优点，抓捕效果优异。

Description

一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统
技术领域
本发明涉及航天技术，具体涉及一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统。
背景技术
目前，仅在近地轨道上就有约50万片的空间碎片，这些碎片以28km/h的速度高速飞行，使得航天器在执行任务，航天员进行出舱活动时的风险大大增加。因此目前空间碎片已经成为人类探索空间的过程中不能忽视的一个干扰因素。由于空间碎片产生原因的多样化，造成其大小形状并不固定，除了废弃卫星等构型较适宜抓捕的对象外，还有一些并不适宜抓捕的碎片也需要捕获。这些碎片也许体型较大，也许形状不规则且无突出的可抓捕特征。同时，这些碎片在抓捕过程中与抓捕主星均会有一定的相对速度，强行抓捕会造成抓捕主星的损坏。针对于这些问题，产生了目前常用的刚性抓捕和柔性抓捕两大类抓捕方法：
刚性抓捕：如经典的机械臂抓捕，既可以采用末端手爪抓捕，也可以采用多臂进行环抱抓捕。但是目前对空间碎片进行刚性抓捕前，一般会让机械臂抓捕点和目标的相对速度尽可能的接近于零，以此来避免对抓捕机构的损坏。
柔性抓捕：如绳系和飞网，以及柔性手爪。柔性抓捕对目标速度和目标大小的要求比刚性抓捕要宽松一些。但是由于柔性动力学较为复杂，使得抓捕后系统的控制难度会大大增加。
综上所述，刚性抓捕的控制理论较为成熟，但是传统的机械手爪对目标的大小形状以及速度的限制比较严格，而柔性抓捕对目标的大小以及速度包容性较好，但是由于大量柔性体的存在会使得系统动力学以及后续控制难度较大。因此需要设计一种既能够对目标的大小和速度有较好包络性，又相对较好控制的系统来完成抓捕任务。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，该系统能够承受快速运动碎片的撞击，对碎片大小和形状包容性强，控制容易。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括六面立方体型的卫星主体，卫星主体上安装有太阳能帆板，卫星主体依次相连的四个面上设置有缓冲气垫面，缓冲气垫面包括气垫以及设置在气垫当中的力传感器，缓冲气垫面两侧的卫星主体上设置有刚柔拼接机械臂，所述的力传感器通过弹出装置分别与两个刚柔拼接机械臂相连，刚柔拼接机械臂包括与弹出装置连接的柔性部分以及连接在柔性部分前端的刚性抓手。
所述的太阳能帆板设置有四个并且均匀分布在卫星主体的四周。
所述的太阳能帆板包括与卫星主体相连的可伸缩支架杆以及安装在可伸缩支架杆顶端的太阳能开合帆板，太阳能开合帆板由能够绕可伸缩支架杆顶端旋转的两块子板组合而成，展开前太阳能开合帆板的两块子板与可伸缩支架杆的顶部重合，展开后太阳能开合帆板的两块子板旋转拼合成为圆形。
所述的缓冲气垫面包括阵列排布的若干个气垫，每个气垫当中均设置有力传感器，每个气垫下方设有进气口，所有的力传感器串联在一起。
所述刚柔拼接机械臂的柔性部分为波纹管，刚性抓手通过刚性杆件与波纹管相连。
所述的卫星主体包含姿轨控制系统、电源系统以及在轨运行所需有效载荷。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过缓冲气垫面承受空间碎片的撞击，设置在气垫当中的力传感器感应撞击并通过弹出装置弹出刚柔拼接机械臂对空间碎片进行包络和抓捕。本发明能够承受快速运动碎片的撞击，并且刚柔拼接机械臂包括与弹出装置连接的柔性部分以及连接在柔性部分前端的刚性抓手。柔性部分对碎片大小和形状的包容性更强，结合刚性抓手也比较容易控制，兼具有刚性抓捕和柔性抓捕的优点，抓捕效果优异。
进一步的，本发明的太阳能帆板设置有四个并且均匀分布在卫星主体四周，太阳能帆板包括与卫星主体相连的可伸缩支架杆以及安装在可伸缩支架杆顶端的太阳能开合帆板，太阳能帆板用于提供卫星主体的能量来源，采用可伸缩支架杆避免刚柔拼接机械臂工作时与太阳能帆板发生碰撞，使用时可伸缩支架杆逐节伸出，太阳能开合帆板展开为圆形。
附图说明
图1本发明的整体结构示意图；
图2本发明缓冲气垫面的连接方式示意图；
图3本发明刚柔拼接机械臂的结构示意图；
图4本发明刚柔拼接机械臂柔性部分弹开示意图；
图5本发明太阳能帆板的结构示意图；
附图中：1.卫星主体；2.刚柔拼接机械臂；3.缓冲气垫面；4.太阳能帆板；5.力传感器；6.气垫；7.弹出装置；8.柔性部分；9.刚性抓手；10.可伸缩支架杆；11-A.展开前太阳能开合帆板；11-B.展开后太阳能开合帆板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参见图1-5，本发明机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统在结构上包括六面立方体型的卫星主体1，卫星主体1上安装有太阳能帆板4，太阳能帆板4设置有四个并且均匀分布在卫星主体1的四周，太阳能帆板4包括与卫星主体1相连的可伸缩支架杆10以及安装在可伸缩支架杆10顶端的太阳能开合帆板，太阳能开合帆板由能够绕可伸缩支架杆10顶端旋转的两块子板组合而成，展开前太阳能开合帆板11-A的两块子板与可伸缩支架杆10的顶部重合，展开后太阳能开合帆板11-B的两块子板旋转拼合成为圆形。
卫星主体1依次相连的四个面上设置有缓冲气垫面3，缓冲气垫面3包括棋盘式阵列排布的若干个气垫6，每个气垫6当中均设置有力传感器5，每个气垫6下方设有进气口，所有的力传感器5串联在一起。缓冲气垫面3两侧的卫星主体1上设置有刚柔拼接机械臂2，力传感器5通过弹出装置7分别与两个刚柔拼接机械臂2相连，刚柔拼接机械臂2包括与弹出装置7连接的柔性部分8以及连接在柔性部分8前端的刚性抓手9，柔性部分8为波纹管，刚性抓手9通过刚性杆件与波纹管相连。本发明卫星主体1为通用卫星平台，包含姿轨控制系统，电源系统以及在轨运行所需有效载荷等。刚柔拼接机械臂2的柔性部分8用于伸展和包络，刚性杆件及刚性抓手9用于对目标进行抓捕和固定。
本发明的工作过程为：发现目标后接近运动中的空间碎片，由卫星主体1上的缓冲气垫面3与空间碎片进行接触，四个缓冲气垫面3中的任意一面撞击碎片，力传感器5的响应使剩余两面上的刚柔拼接机械臂2进行伸展包络，空间碎片由刚性手爪9固定后进行整体控制。
本发明以运动中的空间碎片为目标，该空间碎片的形状可以不规则，可以较大，也可以有一定的运动速度。本发明能够承受快速运动碎片的撞击，并且刚柔拼接机械臂2包括与弹出装置7连接的柔性部分8以及连接在柔性部分8前端的刚性抓手9。柔性部分8对碎片大小和形状的包容性更强，结合刚性抓手也比较容易控制，兼具有刚性抓捕和柔性抓捕的优点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已经以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：包括六面立方体型的卫星主体(1)，卫星主体(1)上安装有太阳能帆板(4)，卫星主体(1)依次相连的四个面上设置有缓冲气垫面(3)，缓冲气垫面(3)包括气垫(6)以及设置在气垫(6)当中的力传感器(5)，缓冲气垫面(3)两侧的卫星主体(1)上设置有刚柔拼接机械臂(2)，所述的力传感器(5)通过弹出装置(7)分别与两个刚柔拼接机械臂(2)相连，刚柔拼接机械臂(2)包括与弹出装置(7)连接的柔性部分(8)以及连接在柔性部分(8)前端的刚性抓手(9)。
2.根据权利要求1所述机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：所述的太阳能帆板(4)设置有四个并且均匀分布在卫星主体(1)的四周。
3.根据权利要求1或2所述机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：所述的太阳能帆板(4)包括与卫星主体(1)相连的可伸缩支架杆(10)以及安装在可伸缩支架杆(10)顶端的太阳能开合帆板，太阳能开合帆板由能够绕可伸缩支架杆(10)顶端旋转的两块子板组合而成，展开前太阳能开合帆板(11-A)的两块子板与可伸缩支架杆(10)的顶部重合，展开后太阳能开合帆板(11-B)的两块子板旋转拼合成为圆形。
4.根据权利要求1所述机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：所述的缓冲气垫面(3)包括阵列排布的若干个气垫(6)，每个气垫(6)当中均设置有力传感器(5)，每个气垫(6)下方设有进气口，所有的力传感器(5)串联在一起。
5.根据权利要求1所述机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：所述刚柔拼接机械臂(2)的柔性部分(8)为波纹管，刚性抓手(9)通过刚性杆件与波纹管相连。
6.根据权利要求1所述机械臂可弹出的空间碎片大包络抓捕系统，其特征在于：所述的卫星主体(1)包含姿轨控制系统、电源系统以及在轨运行所需有效载荷。
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