本發(fā)明涉及航天技術(shù)，具體涉及一種機械臂可彈出的空間碎片大包絡抓捕系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，僅在近地軌道上就有約50萬片的空間碎片，這些碎片以28km/h的速度高速飛行，使得航天器在執(zhí)行任務，航天員進行出艙活動時的風險大大增加。因此目前空間碎片已經(jīng)成為人類探索空間的過程中不能忽視的一個干擾因素。由于空間碎片產(chǎn)生原因的多樣化，造成其大小形狀并不固定，除了廢棄衛(wèi)星等構(gòu)型較適宜抓捕的對象外，還有一些并不適宜抓捕的碎片也需要捕獲。這些碎片也許體型較大，也許形狀不規(guī)則且無突出的可抓捕特征。同時，這些碎片在抓捕過程中與抓捕主星均會有一定的相對速度，強行抓捕會造成抓捕主星的損壞。針對于這些問題，產(chǎn)生了目前常用的剛性抓捕和柔性抓捕兩大類抓捕方法：

剛性抓捕：如經(jīng)典的機械臂抓捕，既可以采用末端手爪抓捕，也可以采用多臂進行環(huán)抱抓捕。但是目前對空間碎片進行剛性抓捕前，一般會讓機械臂抓捕點和目標的相對速度盡可能的接近于零，以此來避免對抓捕機構(gòu)的損壞。

柔性抓捕：如繩系和飛網(wǎng)，以及柔性手爪。柔性抓捕對目標速度和目標大小的要求比剛性抓捕要寬松一些。但是由于柔性動力學較為復雜，使得抓捕后系統(tǒng)的控制難度會大大增加。

綜上所述，剛性抓捕的控制理論較為成熟，但是傳統(tǒng)的機械手爪對目標的大小形狀以及速度的限制比較嚴格，而柔性抓捕對目標的大小以及速度包容性較好，但是由于大量柔性體的存在會使得系統(tǒng)動力學以及后續(xù)控制難度較大。因此需要設計一種既能夠?qū)δ繕说拇笮『退俣扔休^好包絡性，又相對較好控制的系統(tǒng)來完成抓捕任務。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種機械臂可彈出的空間碎片大包絡抓捕系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠承受快速運動碎片的撞擊，對碎片大小和形狀包容性強，控制容易。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：包括六面立方體型的衛(wèi)星主體，衛(wèi)星主體上安裝有太陽能帆板，衛(wèi)星主體依次相連的四個面上設置有緩沖氣墊面，緩沖氣墊面包括氣墊以及設置在氣墊當中的力傳感器，緩沖氣墊面兩側(cè)的衛(wèi)星主體上設置有剛?cè)崞唇訖C械臂，所述的力傳感器通過彈出裝置分別與兩個剛?cè)崞唇訖C械臂相連，剛?cè)崞唇訖C械臂包括與彈出裝置連接的柔性部分以及連接在柔性部分前端的剛性抓手。

所述的太陽能帆板設置有四個并且均勻分布在衛(wèi)星主體的四周。

所述的太陽能帆板包括與衛(wèi)星主體相連的可伸縮支架桿以及安裝在可伸縮支架桿頂端的太陽能開合帆板，太陽能開合帆板由能夠繞可伸縮支架桿頂端旋轉(zhuǎn)的兩塊子板組合而成，展開前太陽能開合帆板的兩塊子板與可伸縮支架桿的頂部重合，展開后太陽能開合帆板的兩塊子板旋轉(zhuǎn)拼合成為圓形。

所述的緩沖氣墊面包括陣列排布的若干個氣墊，每個氣墊當中均設置有力傳感器，每個氣墊下方設有進氣口，所有的力傳感器串聯(lián)在一起。

所述剛?cè)崞唇訖C械臂的柔性部分為波紋管，剛性抓手通過剛性桿件與波紋管相連。

所述的衛(wèi)星主體包含姿軌控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)以及在軌運行所需有效載荷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：通過緩沖氣墊面承受空間碎片的撞擊，設置在氣墊當中的力傳感器感應撞擊并通過彈出裝置彈出剛?cè)崞唇訖C械臂對空間碎片進行包絡和抓捕。本發(fā)明能夠承受快速運動碎片的撞擊，并且剛?cè)崞唇訖C械臂包括與彈出裝置連接的柔性部分以及連接在柔性部分前端的剛性抓手。柔性部分對碎片大小和形狀的包容性更強，結(jié)合剛性抓手也比較容易控制，兼具有剛性抓捕和柔性抓捕的優(yōu)點，抓捕效果優(yōu)異。

進一步的，本發(fā)明的太陽能帆板設置有四個并且均勻分布在衛(wèi)星主體四周，太陽能帆板包括與衛(wèi)星主體相連的可伸縮支架桿以及安裝在可伸縮支架桿頂端的太陽能開合帆板，太陽能帆板用于提供衛(wèi)星主體的能量來源，采用可伸縮支架桿避免剛?cè)崞唇訖C械臂工作時與太陽能帆板發(fā)生碰撞，使用時可伸縮支架桿逐節(jié)伸出，太陽能開合帆板展開為圓形。

附圖說明

圖1本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明緩沖氣墊面的連接方式示意圖；

圖3本發(fā)明剛?cè)崞唇訖C械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4本發(fā)明剛?cè)崞唇訖C械臂柔性部分彈開示意圖；

圖5本發(fā)明太陽能帆板的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中：1.衛(wèi)星主體；2.剛?cè)崞唇訖C械臂；3.緩沖氣墊面；4.太陽能帆板；5.力傳感器；6.氣墊；7.彈出裝置；8.柔性部分；9.剛性抓手；10.可伸縮支架桿；11-A.展開前太陽能開合帆板；11-B.展開后太陽能開合帆板。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

參見圖1-5，本發(fā)明機械臂可彈出的空間碎片大包絡抓捕系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上包括六面立方體型的衛(wèi)星主體1，衛(wèi)星主體1上安裝有太陽能帆板4，太陽能帆板4設置有四個并且均勻分布在衛(wèi)星主體1的四周，太陽能帆板4包括與衛(wèi)星主體1相連的可伸縮支架桿10以及安裝在可伸縮支架桿10頂端的太陽能開合帆板，太陽能開合帆板由能夠繞可伸縮支架桿10頂端旋轉(zhuǎn)的兩塊子板組合而成，展開前太陽能開合帆板11-A的兩塊子板與可伸縮支架桿10的頂部重合，展開后太陽能開合帆板11-B的兩塊子板旋轉(zhuǎn)拼合成為圓形。

衛(wèi)星主體1依次相連的四個面上設置有緩沖氣墊面3，緩沖氣墊面3包括棋盤式陣列排布的若干個氣墊6，每個氣墊6當中均設置有力傳感器5，每個氣墊6下方設有進氣口，所有的力傳感器5串聯(lián)在一起。緩沖氣墊面3兩側(cè)的衛(wèi)星主體1上設置有剛?cè)崞唇訖C械臂2，力傳感器5通過彈出裝置7分別與兩個剛?cè)崞唇訖C械臂2相連，剛?cè)崞唇訖C械臂2包括與彈出裝置7連接的柔性部分8以及連接在柔性部分8前端的剛性抓手9，柔性部分8為波紋管，剛性抓手9通過剛性桿件與波紋管相連。本發(fā)明衛(wèi)星主體1為通用衛(wèi)星平臺，包含姿軌控制系統(tǒng)，電源系統(tǒng)以及在軌運行所需有效載荷等。剛?cè)崞唇訖C械臂2的柔性部分8用于伸展和包絡，剛性桿件及剛性抓手9用于對目標進行抓捕和固定。

本發(fā)明的工作過程為：發(fā)現(xiàn)目標后接近運動中的空間碎片，由衛(wèi)星主體1上的緩沖氣墊面3與空間碎片進行接觸，四個緩沖氣墊面3中的任意一面撞擊碎片，力傳感器5的響應使剩余兩面上的剛?cè)崞唇訖C械臂2進行伸展包絡，空間碎片由剛性手爪9固定后進行整體控制。

本發(fā)明以運動中的空間碎片為目標，該空間碎片的形狀可以不規(guī)則，可以較大，也可以有一定的運動速度。本發(fā)明能夠承受快速運動碎片的撞擊，并且剛?cè)崞唇訖C械臂2包括與彈出裝置7連接的柔性部分8以及連接在柔性部分8前端的剛性抓手9。柔性部分8對碎片大小和形狀的包容性更強，結(jié)合剛性抓手也比較容易控制，兼具有剛性抓捕和柔性抓捕的優(yōu)點。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已經(jīng)以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容做出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。