太空漂浮物捕获装置制造方法
【专利摘要】一种航空航天【技术领域】的太空漂浮物捕获装置，包括：带有推进装置、辅助调整装置和抓取装置的漂浮平台，该漂浮平台与航天载体通过柔性机构连接；柔性机构包括：多组固定于航天载体表面的导线轮系、设置于航天载体内部或漂浮平台内部的多组卷绳机构以及两端分别与拖曳电机和漂浮平台相连并穿过导线轮系的绳索组；本发明通过多个绳索操纵一个装有喷射推进装置的漂浮平台，平台上搭载抓取装置，通过喷射推进装置使漂浮平台接近目标物，通过操控连接在漂浮平台上的绳索长度和辅助推进装置调整平台姿态、角度。本发明具有结构简单，体积小，控制容易实现，可装备于各种太空设备中，可回收利用等特点。
【专利说明】太空漂浮物捕获装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种航空航天【技术领域】的装置，具体是一种太空漂浮物捕获装置。
【背景技术】
[0002]人类经过50年的太空探索发展之路，已经将太空变成一个巨大的垃圾场，无数太空碎片漂浮在太空之中，时刻与空间站、卫星、太空望远镜、行星间探测器等擦肩而过。太空废弃漂浮物损坏卫星的事件也时有发生。世界各国都在进行太空废弃漂浮物清理装置的研发。同时，太空是潜在的未来战场，对敌方卫星、飞船等漂浮物进行捕获的技术具有重大军事价值。但现阶段还未有成熟的太空漂浮物捕获装置。现阶段应用的太空漂浮物捕获技术为空间站释放一颗卫星，卫星搭载抓取装置，通过控制卫星自身喷射火箭接近漂浮物，然后通过喷射气体调整卫星姿态，通过捕获卫星搭载的抓取装置捕获漂浮物，最后通过控制卫星回到太空站。此设备技术要求高，抓取卫星体积庞大，控制复杂，并且卫星很容易失控。抓取卫星除了装备抓取装置或高压捕获装置外，还需要装备喷射火箭，多个姿态调整喷射推进装置，这样造成抓取卫星体积庞大。由于接近漂浮物过程中，需要多次改变卫星姿态，而通过喷射气体调整姿态的方法需要精确的控制，并且容易发生失控。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103072142A
【公开日】2013_05_01，公开了一种空间绳系抓捕锁紧装置，该技术包括抓捕装置本体、锁紧机构、绳索、机械手爪，机械手爪固定安装在抓捕装置本体上部的安装支架上，三套机械手爪通过驱动电机控制同步转动，实现相向环抱构成“三指结构”;锁紧机构位于抓捕装置本体上部两侧与机械手爪相互垂直对称安装。绳索固连在抓捕装置本体底端中心部位，另一端与空间机动平台连接。抓捕目标时，是在相机进入测量盲区时接近并引导抓捕锁紧装置靠近目标，实施并将其锁紧限制于某一范围内实现防止目标逃逸的可靠抓捕。抓捕锁紧装置应用于“空间机动平台+空间系绳+空间绳系抓捕锁紧装置”结构的系统上。
[0004]该技术依靠卫星载体(或空间系绳平台)接近抓取目标，抓取装置位置及姿态等动作调整完全依靠载体卫星来达到，抓取目标后姿态及位置依然由载体卫星控制。基于载体卫星的抓取装置所需动力全部由卫星提供，载体卫星需要燃料多。并且抓取手使用太阳能或电池提供动力，动力小，所以抓取手提供抓取力及力矩有限。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种太空漂浮物捕获装置，通过多个绳索操纵一个装有喷射推进装置的漂浮平台，平台上搭载抓取装置，通过喷射推进装置使漂浮平台接近目标物，通过操控连接在漂浮平台上的绳索长度和辅助推进装置调整平台姿态、角度等。漂浮平台安装喷射推进装置和抓取装置，结构简单，体积小。由于只需要控制喷射推进装置的启停控制其姿态，所以控制简单。通过调整连接在漂浮平台上绳索的长短，控制漂浮平台姿态。当漂浮平台抓取装置捕获漂浮物后，通过收回绳索而捕获漂浮物。此装置可装备于空间站或卫星上，从而捕获周边远距离的太空漂浮物。此发明具有结构简单，体积小，控制容易实现，可装备于各种太空设备中，可回收利用等特点。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括:带有推进装置、辅助调整装置和抓取装置的漂浮平台，该漂浮平台与航天载体通过柔性机构连接。
[0007]所述的柔性机构包括:多组固定于航天载体表面的导线轮系、设置于航天载体内部或漂浮平台内部的多组卷绳机构以及两端分别与拖曳电机和漂浮平台相连并穿过导线轮系的绳索组。
[0008]所述的绳索组由多根绳索组成，其布局方式基于并联机构原理，均布于漂浮平台与航天载体的中轴线外围，使漂浮平台、航天载体和柔性机构构成柔性并联机构，航天载体构成并联机构固定平台，漂浮平台构成并联机构动平台，绳索组构成并联机构各支链；通过调节支链的不同长度达到调整漂浮平台姿态的目的。
[0009]所述的航天载体包括但不限于:空间站、卫星或航天器等的外表面。
[0010]所述的卷绳机构包括:拖曳电机、联轴器和卷绳器，其中:当拖曳电机固定于航天载体内时，绳索组为单程连接；当拖曳电机固定于漂浮平台上时，绳索组为往返连接；卷绳器通过联轴器分别与导线轮系和拖曳电机相连，每个拖曳电机控制一根绳索。
[0011 ] 所述的拖曳电机为可控制直线电机，通过调整不同电机转向和转速，电机带动联轴器及卷绳器控制绳索的伸长和缩短，并且控制绳索运动速度。不同绳索的长度变化和速度变化控制漂浮平台姿态和位置。
[0012]本发明使漂浮平台完全脱离航天载体，通过多根绳索和推进装置配合调整抓取平台位置和姿态。
[0013]所述的抓取装置包括但不限于爪式抓取装置、多自由度机械臂等抓取装置。抓取装置为抓取目标物的具体实施对象，通过抓取装置控制目标物。
[0014]所述的推进装置包括但不限于喷气式推进器、高压喷射器、电子式推进器等。推进装置主要作用为推动漂浮平台前进，为漂浮平台提供动力。
[0015]所述的辅助调整装置包括但不限于喷气式推进器、高压喷射器、电子式推进器等。辅助调整装置作用为辅助卷绳机构工作，调整漂浮平台姿态。
技术效果
[0016]与现有技术相比，本发明不需要多个高压喷射推进装置调整捕获装置姿态，以绳索组代替喷射式推进及调整装置，所以减少漂浮平台体积，降低推进剂消耗。因为多根绳索可承载力更大，所以可以捕获质量大、距离远的空间漂浮物。通过控制多个电机调整绳索长短来控制捕获平台姿态，可降低控制技术难度，由于绳索质量轻，对航天器稳定性影响小。并且由于绳索连接，漂浮平台可方便回收。本发明中绳索可换成电缆及线缆类索具，并可通过电缆为漂浮平台、推进装置、抓取装置等供应能源，使得漂浮平台体积小，且可供应高力及高力矩抓取装置，所以可抓取大体积高质量太空漂浮物。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的结构示意图；
[0018]图2为本发明实施例示意图；
[0019]图中:1为漂浮平台、2为绳索组、3为导线轮系、4为拖曳电机、5为联轴器、6为卷绳器、7为航天载体、8为推进装置、9为辅助调整装置、10为抓取装置。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0021]如图1所示，本实施例包括:带有推进装置8、辅助调整装置9和抓取装置10的漂浮平台1，该漂浮平台I与航天载体7通过柔性机构O连接。
[0022]所述的柔性机构O包括:多组固定于航天载体7表面的导线轮系3、设置于航天载体7内部或漂浮平台I内部的多组卷绳机构以及两端分别与拖曳电机4和漂浮平台I相连并穿过导线轮系3的绳索组2。
[0023]如图1和如图2中a-c所示，所述的绳索组2由多根绳索组成，其布局方式可采用以下任意一种:
[0024]图1:每根绳索对应两个导线轮系3，所有导线轮系3和绳索位于漂浮平台I上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台I与航天载体7之间的三个双控支链柔性连接；
[0025]图2a)每根绳索对应一个导线轮系3，所有导线轮系3和绳索位于漂浮平台I上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台I与航天载体7之间的三个独立支链柔性连接；
[0026]图2b)每根绳索对应一个导线轮系3，所有导线轮系3和绳索位于漂浮平台I上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台I与航天载体7之间的四个独立支链柔性连接；
[0027]图2c)每根绳索对应一个导线轮系3，所有导线轮系3和绳索位于漂浮平台I上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台I与航天载体7之间的六个独立支链柔性连接。
[0028]所述的绳索组2使漂浮平台1、航天载体7和柔性机构O构成柔性并联机构，航天载体7构成并联机构固定平台1，漂浮平台I构成并联机构动平台，绳索组2构成并联机构各支链；通过调节支链的不同长度达到调整漂浮平台I姿态的目的。
[0029]当空间漂浮物在捕获装置捕获范围内时，释放漂浮平台1，由漂浮平台I尾部喷射推进装置8 (可以是燃烧喷射、高压气体喷射等不同方式)提供推进动力，喷射推进装置8推动漂浮平台I向目标漂浮物靠近。由于绳索组2的存在，漂浮平台I和载体7通过多跟绳索的连接构成柔性并联机构，载体7构成并联机构固定平台1，漂浮平台I构成并联机构动平台，绳索组2构成并联机构各支链。通过调节支链的不同长度达到调整作为动平台的漂浮平台I姿态的目的。在漂浮平台I靠近漂浮物的过程中，电机4不断释放绳索，并根据绳索释放速度控制漂浮平台I推进速度。在平台I推进过程中，计算漂浮平台I所需位置和姿态，当漂浮平台I需要转向或调整姿态时，通过计算并联机构的解，得出绳索组2中各绳索所需长度及速度变化，调节不同绳索的释放速度和开启闭合辅助调整装置9，从而漂浮平台I和载体7之间的并联支链具有不同长度和速度，从而使得漂浮平台I将朝向绳索释放速度慢的方向转向。当方向及姿态调整完毕后，再以相同速度同步释放所有绳索，使漂浮平台I向前方直线推进。当漂浮平台I接近漂浮物后，停止释放绳索并锁死绳索，喷射推进装置8停止工作或以极小推力维持平衡，此时抓取装置10捕获目标漂浮物，当捕获完成后，同样基于并联机构原理调整不同绳索长度，通过绳索和辅助调整装置9调整漂浮姿态，同时同步收回所有绳索，当绳索全部收回后，漂浮平台I及空间漂浮物便同时被回收到航天载体?中。 [0030]与现有技术相比，本装置通过单一推进器推进到目标位置，平台I姿态由多跟绳索组2成绳索组2，绳索组2内不同绳索配合调整控制，不依赖卫星载体7调整。本发明所需推进及调整喷气装置少，所以需要携带的燃料少。本发明绳索可由电缆替换，这样可通过基体本身为漂浮平台I提供动力，这样漂浮平台I可输出更大的抓取力和抓取力矩。
【权利要求】
1.一种太空漂浮物捕获装置，其特征在于，包括:带有推进装置、辅助调整装置和抓取装置的漂浮平台，该漂浮平台与航天载体通过柔性机构连接； 所述的柔性机构包括:多组固定于航天载体表面的导线轮系、设置于航天载体内部或漂浮平台内部的多组卷绳机构以及两端分别与拖曳电机和漂浮平台相连并穿过导线轮系的绳索组； 所述的绳索组由多根绳索组成，使漂浮平台、航天载体和柔性机构构成柔性并联机构，航天载体构成并联机构固定平台，漂浮平台构成并联机构动平台，绳索组构成并联机构各支链；通过调节支链的不同长度达到调整漂浮平台姿态的目的。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的卷绳机构包括:拖曳电机、联轴器和卷绳器，其中:当拖曳电机固定于航天载体内时，绳索组为单程连接；当拖曳电机固定于漂浮平台上时，绳索组为往返连接；卷绳器通过联轴器分别与导线轮系和拖曳电机相连，每个拖曳电机控制一根绳索。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的拖曳电机为可控制直线电机，通过调整不同电机转向和转速，电机带动联轴器及卷绳器控制绳索的伸长和缩短，并且控制绳索运动速度。不同绳索的长度变化和速度变化控制漂浮平台姿态和位置。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述的绳索组的布局方式包括: 1)每根绳索对应两个导线轮系，所有导线轮系和绳索位于漂浮平台上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台与航天载体之间的三个双控支链柔性连接； 2)每根绳索对应一个导线轮系，所有导线轮系和绳索位于漂浮平台上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台与航天载体之间的三个独立支链柔性连接； 3)每根绳索对应一个导线轮系，所有导线轮系和绳索位于漂浮平台上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台与航天载体之间的四个独立支链柔性连接； 4)每根绳索对应一个导线轮系，所有导线轮系和绳索位于漂浮平台上的连接点均为沿圆周方向平均分布，实现漂浮平台与航天载体之间的六个独立支链柔性连接。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的抓取装置包括爪式抓取装置、多自由度机械臂。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的推进装置包括:喷气式推进器、高压喷射器、电子式推进器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述的辅助调整装置包括:喷气式推进器、高压喷射器、电子式推进器。
【文档编号】B64G4/00GK103770955SQ201410058731
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】郭为忠, 李蒙, 高峰 申请人:上海交通大学