[發明專利]一種空間目標抓捕機構及方法

在審

• 申請號: 201611047446.5
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106584498A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 方群;崔明明;竇曉牧;袁建平;朱戰霞;羅建軍
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B25J15/10
• 分類號: B25J15/10;B64G1/66
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 王萌

【技術領域】

本發明涉及一種航天領域用空間機器人，特別涉及一種空間目標抓捕結構及方法。

【背景技術】

在航天領域，空間機器人在空間任務中扮演了越來越重要的角色。利用空間機器人實施空間設備維修，模塊更換，加注燃料和清除空間碎片等在軌服務是未來的發展趨勢。由于在軌服務需要建立在捕獲服務對象的基礎之上，因此抓捕機構是空間機器人執行在軌服務任務的重要部分。

抓捕機構的設計需要與被抓捕目標的特征相匹配，在空間中，目標可以大致分為兩類，第一類是設計了專用被抓持機構的目標，這類目標一般為合作目標；第二類是并沒有設計專門被抓持機構的目標，這類目標可以是合作目標，也可以是非合作目標，大多數在軌飛行目標屬于這類目標。

針對第一類目標，現有的抓捕機構有ROTEX手爪，抓捕目標為桁架；日本的ETS-VII項目中，NASDA研制的半靈巧三指手爪，以及哈爾濱工業大學研制的TS-4衛星空間機械臂上的抓捕機構，抓捕目標都為特定的圓柱形把手；美國OE計劃中抓捕機構為三個抓手，抓捕目標為衛星對接配適器。這些空間抓捕機構都是針對特定的把手或者對接器而設計的，只能抓捕一種目標，適用性不強。

針對第二類目標，即沒有特定的被抓持機構，尤其是非合作目標。但是大多數在軌飛行器上都包含星箭對接環，分離螺栓，遠地點發動機噴管，太陽帆板支架和太陽帆板等常見結構，這些結構的形狀在國際上都比較統一，并且有足夠的強度承受抓捕力。可以將這些常見結構作為抓捕目標點。現有的針對第二類目標的抓捕機構有歐空局ESS項目中抓捕遠地點發動機噴管的改錐型抓捕機構。美國FREND項目的螺栓抓取器。這兩種抓捕機構的共同特點是小巧簡便，但是同樣只能抓捕噴管這類目標，并且對抓捕控制精度要求極高，幾乎很難實現對非合作目標的抓捕。

從現有技術來看，現有的空間目標抓捕機構存在許多不足，主要體現在兩個方面：

1.現有空間抓捕機構適用性不強

現有的抓捕機構只能針對一種抓捕部位進行抓捕，而隨著空間在軌服務技術的發展，服務對象的多樣化要求服務型抓捕機構具備適應多種目標的能力，所以提高抓捕機構的適用性很有必要。

2.抓捕機構包絡范圍偏小

在抓握過程中，空間機器人和目標抓捕部位之間存在殘余速度，加之視覺、通訊和處理的時延，抓捕機構和目標抓捕部位之間會存在一個較大的誤差，抓捕機構必須具有較大的包絡范圍才不至于包絡過程中就和目標抓捕部位發生碰撞致使目標被撞飛逃出捕獲區。其次，包絡范圍小，導致容錯能力差，對控制精度要求極高。

參考文獻

1.Reintsema D,Landzettel K,Hirzinger G.DLR’s Advance Telerobotic Conepts and Experiments for on-orbit servicing；Avance in Telerobotics[M].Berlin/Heidelberg；springer,2007

2.Yosida K,Hashizume K,Nenchev D,et al.Control of a space manipulator for autonomous target capture ETS-VII flight experiment and analysis[C].AIAA Guidance,Navigation,and Control Conference and Exhibit,2000

3.梁斌，杜曉東，李成，徐文福.空間機器人非合作目標在軌服務研究進展[J].ROBOT.2012,34,(2),242-256

4.唐能，空間合作目標捕獲裝置的研究[D].哈爾濱工業大學，2007。

【發明內容】

本發明提供了一種空間目標抓捕機構及方法，采用夾鉗式三指結構，保證該結構在承受各種規定的載荷和具有足夠的強度下，質量盡可能小；可適應多種目標；且結構簡單，易于加工，制造成本低。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種空間目標抓捕機構，該抓捕機構包括三指的手爪，以及驅動手爪閉合和打開的驅動機構，所述手爪采用三指結構，三指以抓捕機構中心面以2-1的形式對稱分布，且手指截面中心點連線構成等邊三角形，最大程度上保證抓捕目標受到的抓捕力和力矩平衡。

每個手指模仿人手抓握東西時微微彎曲的形狀，手指橫截面為橢圓形；每個手指縱向為折線設計，折線之間的夾角接近圓弧形狀，且過渡平滑。