CN107200148A - 在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法，本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网，以空心绳为径线，在其内设置能容纳边周线或内周线的多个收纳仓，从而在不增加其他结构的情况下，实现仿生蛛网的收纳。

Description

在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法

技术领域

本发明涉及在轨抓捕封装技术领域，具体的涉及一种在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法。

背景技术

随着空间技术的发展，对空间碎片、废弃卫星等非合作目标实施在轨抓捕变得越来越重要。其中，飞网捕获主要是利用飞网展开机构向捕获目标方向发射一张由细绳编制成的大网，在包裹住目标航天器后，将目标航天器收回或者控制。飞网具有较大拦截面积，能较容易的覆盖抓捕目标，飞网捕获在使用过程中同样具有一定容错能力，使用飞网进行空间捕捉具有较高的安全性和可靠性。由于空间任务的高成本与高风险性，对于飞网捕获是否能用于空间，需要进行大量的地面试验。

为了解决地球静止轨道资源日趋紧张的问题，欧空局开展了一个用飞网抓捕地球静止轨道废弃卫星的地球静止轨道修复机器人(Robotic Geostationary OrbitRestorer，以下简称为ROGER)项目。其中飞网系统主要用于清除地球同步轨道上的废弃卫星或者运载器末级。该空间任务主要包括：飞网发射展开，飞网碰撞包裹目标，捕获目标后离轨。ROGER系统的服务航天器能够在距离目标15米处释放绳网，经过抛射、展开、收口，完成对非合作目标的捕获，并通过连接在飞网上的系绳将目标运输到高于对地静止轨道(Geostationary Orbit，以下简称为GEO)的轨道上。

然而，由于现有技术中飞网在工作过程中容易发生缠绕、穿过和打结等现象，造成飞网无法打开。现有飞网同时存在与目标碰撞过程中容易发生绳索断裂导致目标脱离飞网等问题，因此急需一种更高的可靠性飞网构型和收纳封装工艺来解决这些问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法。

本发明提供了一种在轨抓捕用仿生蛛网包括：质量块和由径线、内周线和边周线织成的六边形绳网，径线构成六边形绳网的内对角线，边周线为六边形绳网的外边，内周线平行于边周线设置于两两相邻的径线之间；径线的自由端上垂挂连接质量块；径线内部中空形成沿径线轴向延伸的腔体，腔体内沿径线轴向间隔设置多个隔离膜，在径线内两两相邻的隔离膜和径线的内壁围成用于收纳内周线或边周线的收纳仓；收纳仓的一侧开设有用于通过内周线或边周线的仓口，仓口的开口朝向顺时针或逆时针设置；内周线或边周线的两端分别固定连接于径线与隔离膜的相接处。

进一步地，还包括系绳，多根径线相交于六边形绳网的中心形成网中心，系绳的一端固定连接于网中心处。

本发明的另一方面提供了一种如上述的在轨抓捕用仿生蛛网织网方法，包括以下步骤：

1)将径线的中心点交叠后作为网中心，在网中心处进行针织缝结固定各径线，并将系绳缝结于网中心处；

2)将内周线或外周线的两端分别与两两相邻的所述径线相连接：所述内周线或所述外周线的一端缝结固定于所述径线的隔离膜处，另一端通过所述穿引针穿过仓口缝结固定于与所述径线相邻的径线的隔离膜处；；

3)重复步骤2)多次直至所有内周线或外周线均固定，得到在轨抓捕用仿生蛛网。

本发明的另一方面提供了一种如上述的在轨抓捕用仿生蛛网的收纳方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过收纳杆将内周线或外周线收纳于径线的收纳仓内后，将径线聚拢成径线束，将系绳的自由端固定设置于转轴的一端；

2)转动转轴将系绳及与之连接的径线束缠绕在转轴上。

进一步地，收纳杆的一端设置于沿收纳杆轴向凹陷的线槽。

本发明的技术效果：

本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网，以空心绳为径线，作为蛛网骨架结构，以实心绳为边周线和内周线，作为对目标体的缠绕和包裹结构，对仿生蛛网的网线进行功能细分，从而实现仿生蛛网的结构优化；在径线内设置能容纳边周线或内周线的多个收纳仓，从而在不增加其他结构的情况下，实现仿生蛛网的收纳。

本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网的织网方法，该方法能大大缩短了传统飞网的编织时间，同时减小传统编织导致的加工误差，使成型后的仿生蛛网更加规范化。。

本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网的收纳方法，在仿生蛛网拉出展开过程中，转轴旋转推送仿生蛛网，减小仿生蛛网拉出展开过程中的阻力；当仿生蛛网捕获目标后，通过转动转轴，带动连接于转轴上的系绳，从而将仿生蛛网及捕获目标一起拉回。

具体请参考根据本发明的在轨抓捕用仿生蛛网及其收纳方法提出的各种实施例的如下描述，将使得本发明的上述和其他方面显而易见。

附图说明

图1是本发明优选实施例中在轨抓捕用仿生蛛网平铺示意图；

图2是本发明优选实施例中在轨抓捕用仿生蛛网收纳状态示意图；

图3是图2中A点放大示意图；

图4是本发明提供的在轨抓捕用仿生蛛网织网方法示意图；

图5是图4中B点的放大示意图；

图6是本发明优选实施例中内/外周线收纳示意图；

图7是本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网的收纳方法示意图；

图8是本发明提供在轨抓捕用仿生蛛网收纳完成示意图。

图例说明：

110、质量块；120、径线；111、第一径线；112、第二径线；113、第三径线；130、边周线；140、内周线；150、系绳；141、隔离膜；142、收纳仓；143、仓口；121、网中心；122、穿引针；125、针织缝结；123、收纳杆；124、线槽；160、径线束；170、转轴。

具体实施方式

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

参见图1，本发明提供的在轨抓捕用仿生蛛网，具有类似现有蜘蛛网的优良的拦阻结构，良好的抗冲击性能。包括：质量块110、径线120、内周线140和边周线130，三条径线120相互交叉形成仿生蛛网的中心。径线120形成仿生蛛网的对角线。径线120的端点之间通过边周线130连接。任一径线120的两相对端均设置有质量块110。径线120之间设置多条平行于边周线130的内周线140。

径线120为空心绳，空心绳的截面积较大。仿生蛛网所用绳材料均为高强度和高韧性的材料。径线120在仿生蛛网拉出展开和与捕捉物碰撞过程中起到骨架作用，保证仿生蛛网能够顺利展开并不被冲破。边周线130为实心绳，其截面积小于空心绳但大于内周线140。边周线130在蛛网拉出展开的过程中起到辅助作用，并在蛛网包裹住待捕捉目标后，通过径线120两端的质量块110起到收口作用。内周线140为截面积较小的实心绳。内周线140为易延展的柔顺绳，起到缠绕和容纳待捕捉目标体的作用。

利用本发明提供的在轨抓捕用仿生蛛网，能有效在轨实现对目标物的捕捉，同时能具有较好的抗冲击、阻拦作用。一旦靠近目标物后，能快速实现对目标物的包裹，避免目标物脱落。

参见图2～3，空心径线120内间隔设置多个隔离膜141，两两相邻的隔离膜141与径线120内壁围成收纳仓142。径线120一侧壁上设置可容纳内/外周线的仓口143。仓口143为收纳仓142的开口。两两相邻的径线120上的任两相对设置的仓口143的连线平行于边周线130。两两相邻径线120上的仓口143，相互背离设置。即第一仓口143设置于第一径线111的第一侧面上，第二径线112上的与第一仓口143对应的仓口143设置于远离第一径线111的一侧。径线包括第一径线111、第三径线113和第二径线112，第一径线111、第三径线113和第二径线112分别被网中心121分为第一段和第二段，第一径线111的第一段上的仓口143背离第三径线113第二段上的仓口143开设；以此类推，两两相邻的径线120上仓口143相互背离开设。

内/外周线的一端连接于径线120外壁上另一端容纳设置于收纳仓142的封闭端上。收纳仓142结构设置于整段径线120上，内周线140和外周线均容纳于收纳仓142内。

通过隔离膜141将径线120分隔成若干收纳仓142，收纳仓142用于收纳邻接的内/外周线。仓口143作为内周线140的收纳和拉出通道。内/外周线的一端固定于径线120外侧壁上，另一端穿过仓口143，在相邻的径线120的空心绳内侧固定。收纳仓142内壁光滑，在仿生蛛网拉出展开的过程中，径线120首先被质量块110牵引展开，随着径线120的逐渐展开，径线120牵引内/外周线从收纳仓142的仓口143离开收纳仓142，并展开。

该结构实现利用径线120的空心体积对内/外周线进行收纳，此展开过程中，仿生蛛网上的每段内/外周线均能独立拉出展开，相互之间没有交叉和接触，从而避免了仿生蛛网之间的缠绕、打结和穿过现象。

该结构的收纳能避免使用外部收纳整理机构，导致仿生蛛网的质量增加，有效解决了仿生蛛网在工作过程中容易发生缠绕、打结和穿过的问题。在该收纳过程中，内/外周线可通过杆状构件塞入收纳仓142内。

参见图4～6，本发明的另一方面还提供了一种上述在轨抓捕用仿生蛛网的织网方法，包括以下步骤：

1)将径线120的中心点交叠后作为网中心121，在网中心处进行针织缝结125125固定各径线120，并将系绳缝结于网中心处；以形成飞网主骨架；

2)通过穿引针122将内/外周线分别穿过径线120并在其对应的隔离膜处缝结固定，之后穿引针122穿过隔离膜对应的仓口后，在与径线120相邻的另一径线120的对应的隔离膜处缝结固定；

3)重复步骤2)多次直至所有内/外周线均固定。

内/外周线作为一根整体线通过穿引针122进行编织，在与径线120相交处，利用穿引针122在隔离膜和径线120外壁相交的地方进行缝结固定，然后通过仓口引出，在相邻的径线120上再重复该过程。直至该内/外周线编织完成。

本发明提供的方法，大大缩短了传统飞网的编织时间，同时减小传统编织导致的加工误差，使成型后的仿生蛛网更加规范化。

参见图6～8，本发明提供的在轨抓捕用仿生蛛网收纳方法包括以下步骤：

1)通过设置于收纳杆123一端的线槽124将内/外周线分别收纳在对应的径线120收纳仓内后，将径线120聚拢成径线束160，后将与仿生蛛网网中心相连接的系绳的自由端固定设置于转轴170一端；

2)转动转轴170将系绳及与之连接的径线束160缠绕在转轴170上。

转轴170的转速可控，在仿生蛛网拉出展开过程中，转轴170旋转推送仿生蛛网，减小仿生蛛网拉出展开过程中的阻力；当仿生蛛网捕获目标后，通过转动转轴170，带动连接于转轴170上的系绳，从而将仿生蛛网及捕获目标一起拉回。

采用上述方法进行收纳，可减小仿生蛛网拉出展开过程的摩擦力。转轴与系绳直接连接，通过对系绳进行张力控制，实现对仿生蛛网的控制。收纳后的连接具有收纳、回收功能，有效减轻仿生蛛网展开收纳装置的整体重量。

本发明另一方面提供了一种如图8所示的仿生蛛网展开收纳装置，包括转轴，仿生蛛网的系绳的自由端固定连接于转轴的一端。

本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在附图和说明书中详细图示和描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。

通过对附图，说明书和权利要求书的研究，在实施本发明时本领域技术人员可以理解和实现所公开的实施例的变形。在权利要求书中，术语“包括”不排除其他步骤或元素，而不定冠词“一个”或“一种”不排除多个。在彼此不同的从属权利要求中引用的某些措施的事实不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何参考标记不构成对本发明的范围的限制。

Claims (7)

1.一种在轨抓捕用仿生蛛网，其特征在于，包括：质量块和由径线、内周线和边周线织成的六边形绳网，所述径线构成所述六边形绳网的内对角线，所述边周线为六边形绳网的外边，所述内周线平行于所述边周线设置于两两相邻的所述径线之间；

所述径线的自由端上垂挂连接所述质量块；

所述径线内部中空形成沿所述径线轴向延伸的腔体，所述腔体内沿所述径线轴向间隔设置多个隔离膜，在所述径线内两两相邻的所述隔离膜和所述径线的内壁围成用于收纳所述内周线或所述边周线的收纳仓；

所述收纳仓的一侧开设有用于通过所述内周线或所述边周线的仓口，所述仓口的开口朝向顺时针或逆时针设置；

所述内周线或所述边周线的两端分别固定连接于所述径线与所述隔离膜的相接处。

2.根据权利要求1所述的在轨抓捕用仿生蛛网，其特征在于，还包括系绳，多根所述径线相交于所述六边形绳网的中心形成网中心，所述系绳的一端固定连接于所述网中心处。

3.根据权利要求2所述的在轨抓捕用仿生蛛网，其特征在于，还包括用于缠绕收纳成束的所述六边形绳网的转轴，所述系绳的另一端固定连接于所述转轴的一端。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的在轨抓捕用仿生蛛网，其特征在于，所述径线的直径＞所述边周线的直径＞所述内周线的直径。

5.一种如权利要求1～4中任一项所述的在轨抓捕用仿生蛛网织网方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将径线的中心点交叠后作为网中心，在所述网中心处进行针织缝结固定各所述径线，并将系绳缝结于所述网中心处；

2)将内周线或外周线的两端分别与两两相邻的所述径线相连接：所述内周线或所述外周线的一端缝结固定于所述径线的隔离膜处，另一端通过所述穿引针穿过仓口缝结固定于与所述径线相邻的径线的隔离膜处；

3)重复步骤2)多次直至所有所述内周线或所述外周线均固定，得到所述在轨抓捕用仿生蛛网。

6.一种如权利要求1～4中任一项所述的在轨抓捕用仿生蛛网的收纳方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过收纳杆将内周线或外周线收纳于径线的收纳仓内后，将所述径线聚拢成径线束，将系绳的自由端固定设置于转轴的一端；

2)转动转轴将所述系绳及与之连接的所述径线束缠绕在所述转轴上。

7.根据权利要求6所述的在轨抓捕用仿生蛛网的收纳方法，其特征在于，所述收纳杆的一端设置于沿所述收纳杆轴向凹陷的线槽。