一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪

本发明涉及航天航空领域，具体涉及一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪。

背景技术：

1、随着时代的发展，外太空势力割据也发生了变化。越来越多的国家和大量的私人实体也随着商业航天的崛起而更多地参与空间活动中来，私人实体的积极参与和商业航天的崛起，推动着我们的航天领域向一个新的时代迈进。

2、太空资源开发与利用是目前大国博弈的新疆域，也是科技竞争的制高点，承载着未来人类文明可持续发展的希望，更是关乎我国未来发展的一个重大战略问题。随着我国经济、科技的飞速发展，国家综合实力大地提升，我国在外太空资源的探测和采集方面也越来越重视，而且中国也是全球少数几个具备太空资源开发能力的国家之一。目前，主动对空间碎片进行清除仍是全世界航天面临的共同的挑战和难题，也是未来的热点问题之一。国内外都对空间碎片的抓捕做出了一些探索，目前已存在的抓捕机构大体上可以分为三类：第一类是刚性连接抓捕机构，主要靠刚性机械臂来实现对空间碎片的捕获，代表性研究成果主要有德国dlr提出的deos项目、美国的frend项目、美国darpa“凤凰”计划；第二类是柔性连接抓捕机构，通过抛网、绳-捕获机构等结构与碎片通过柔性结构连接实现抓捕，代表性的研究有欧航局鱼叉方案、绳网捕捉法；第三类是非接触式清除，通过对碎片实施较小的推力，例如静电力、激光、离子束等，从而改变碎片的轨道，实现碎片离轨清除。

3、国内对空间卫星的抓捕也做出了一些研究，大多数研究以柔性连接机构实施抓捕，绳网捕捉法和绳-捕获机构。但是目前已有的抓捕机构大多数结构复杂，不易加工制造，且造价高昂，不适合批量制造，卫星抓捕效率低，抓捕利润低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种结构较简单、造价低、适合批量制造且可重复利用的且能实现对卫星进行高效牢固抓捕的卫星抓捕锚爪。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，包括壳体、连接杆、锚尾、两个滑块、两个挡板、四个定滑轮、四个指链、四条牵引绳和八个挡板固定杆；壳体自前向后依次由锚头和锚体构成，锚体为圆柱形，自后端面向前开有第一空腔，第一挡板固定在锚体底面，第一空腔内部设有四个均匀分布的限位导轨，以配合定位缺口实现定位，锚尾为圆柱形，自前端面向后开有第二空腔，第二空腔内壁设有四个限位导轨，以配合定位缺口实现定位，第一滑块置于第一空腔内并与连接杆一端固连，连接杆穿过两个挡板后伸入第二空腔内，与置于锚尾的第二滑块固连，第二挡板通过四个固定杆固定在锚尾前端面，锚体外表面均匀分布四组长条板，每组长条板上设一个定滑轮和一个指链，每个定滑轮通过一个滑轮安装杆与锚体和指链前端转动连接，牵引绳一端与指链的倒钩指节固连，牵引绳穿过指链的槽道绕过定滑轮与锚尾上的指链支撑块固连。

3、本发明与现有技术相比，其具有以下的效果：

4、(1)本发明是基于对现有的柔性捕获机构的学习和创新，在目前已有的小尺寸飞锚结构上采用壳体分离的方式来实现牵引绳的收缩，进一步的实现卫星抓捕锚爪对卫星的固定，本发明只需要通过发射平发射后回收即可，不需要额外的控制，对不同大小的卫星，可适当缩放飞锚尺寸，对大型卫星可以适量增加指链和牵引绳的数量，以达到更好的抓紧回收目的，在锚头没有明显的变形及牵引绳没有发生明显断裂的情况下，该卫星抓捕锚爪可以重复使用。

5、(2)本发明操作简单，易于加工，组装简单，造价低，操作简单易懂，可实现对太空中卫星的抓捕，特别是球形等不易抓捕的卫星，锚头和四个指链都具有对空间碎片锁固的功能，多重锁固，使得卫星不易脱落，指链上每个普通指节上设有转动限位，指链只能向前弯曲，且相邻连个指节的转动角度一定，以防止出现牵引绳拉紧的时候指链相与目标卫星相反的方向弯曲和牵引绳拉紧的时候指链提前弯曲过度两种意外情况。

6、(3)本发明采用分离式的锚体结构，回收过程中，锚尾与壳体发生相对位移，锚尾的运动带动牵引绳的收紧，牵引绳带动指链向前弯曲，使得指链抱紧目标卫星，在回收过程中，锚尾与锚体之间的位移只会增加不可能会减少，从而达到卫星抓捕锚爪能牢牢抓住目标卫星的目的。

7、(4)通过利用3d打印技术加工出等比例的卫星抓捕锚爪实体模型，对卫星抓捕锚爪结构的性能进行测试，并对卫星抓捕锚爪进行微调，测试结构表明，该卫星抓捕锚爪能正常有效的抓牢物体。

技术特征：

1.一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于：包括壳体(1)、连接杆(2)、锚尾(6)、两个挡板(3)、两个滑块(5)、四个定滑轮(7)、四个指链(8)、四条牵引绳(9)和八个挡板固定杆(4)；壳体(1)自前向后依次由锚头和锚体构成，锚体为圆柱形，自后端面向前开有第一空腔，挡板(3)为低圆饼形，其圆周外壁上均匀分布若干定位缺口，第一个挡板(3)通过四个挡板固定杆(4)固定在锚体底面，第一空腔内壁设有四个相互平行的第一限位导轨，以配合定位缺口实现定位，滑块(5)为圆环形；其圆周外壁上均匀分布若干定位缺口，锚尾(6)为圆柱形，自前端面向后开有第二空腔，第二空腔内壁设有四个第二限位导轨，以配合定位缺口实现定位，第一个滑块(5)置于壳体(1)的第一空腔内并与连接杆(2)一端固连，连接杆(2)穿过两个挡板(3)后伸入锚尾(6)的第二空腔内，与置于锚尾(6)内的第二滑块(5)固连，第二挡板(3)通过四个挡板固定杆(4)固定在锚尾(6)前端面，锚体外表面均匀分布四组长条板，每组长条板上设一个定滑轮(7)和一个指链(8)，每个定滑轮(7)通过一个滑轮安装杆与锚体和指链(8)前端转动连接，牵引绳(9)一端与指链(8)末端的倒钩指节固连，牵引绳(9)穿过指链(8)的槽道绕过定滑轮(7)与锚尾(6)上的指链(8)支撑块固连。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于：锚头最大直径大于锚体的直径；发射过程中，锚尾(6)推动整个卫星抓捕锚爪向前移动，卫星抓捕锚爪的四个指链(8)紧贴在锚尾(6)的四个指链(8)支撑板上；回收卫星抓捕锚爪过程中，拉动锚尾(6)向后移动，固定在锚尾(6)上的挡板(3)逐渐接近第二滑块(5)，带动第二滑块(5)和连接杆(2)一起向后运动，固定在锚尾(6)的四个牵引绳(9)逐渐收紧，四个指链(8)逐渐弯曲收紧，最后置于第一空腔内的第一滑块(5)与挡板(3)接触，并带动壳体(1)一起向后运动，四个牵引绳(9)完全收紧，四个指链(8)抱紧卫星，在回收绳索的带动下，拉着卫星一起向后运动。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于：指链(8)自前向后由若干个普通指节和一个倒钩指节组成，相邻的两个指节之间通过转动轴转动连接，最下端一个普通指节与倒钩指节通过转动轴转动连接，两个指节之间的转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于：每个普通指节上设有转动限位，指链(8)只能向前弯曲，且相邻连个指节的转动角度一定，转动角度θ与每根指链(8)上的普通指节总数量n有关，具体关系为

5.根据权利要求4所述的一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于：指链(8)在绳索的拉动下弯曲，绳索的收紧长度等于连杆的长度。

6.根据权利要求5所述的一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪，其特征在于，卫星抓捕锚爪中满足下列公式：

技术总结本发明提供了一种基于柔性捕获机构的卫星抓捕锚爪。包括壳体、连接杆、挡板、挡板固定杆、滑块、锚尾、定滑轮、指链、牵引绳；壳体由锚头和锚体组成，指链由若干个指节转动连接；锚体和锚尾均设有空腔，空腔内壁上设有四个限位导轨，滑块与连接杆固连，第一滑块置于锚体中，第二滑块置于锚尾中，第一挡板固定在锚体后端面，第二挡板固定在锚尾前端面，挡板和限位导轨限制滑块只能在空腔内做前后移动，牵引绳一端固定在指链末端的倒钩指节上，另一端固定在锚尾的指链支撑板上，回收过程中，在回收绳索的作用下，锚尾与壳体产生相对位移，牵引绳拉紧，牵引指链弯曲抱紧目标卫星；本发明结构简单，造价低，操作方便，可实现对空间卫星的捕获。技术研发人员：郭锐,段立阳,崔浩,位国旭,唐玉勇,曲浩军,杨永亮,闫帅印受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6