本发明专利技术公开了一种空间自主多目标物抓捕绳网系统和方法。包括可重组机构、遥控锁死机构、柔性三维绳网和收口机构。在捕获前，可重组结构的四个子机构处于相互嵌套的重组状态，柔性三维绳网处于折叠状态，压缩存储于各个收口机构之间，通过遥控锁死机构将可重组机构与收口机构压紧锁死；捕获开始时，可重组结构处于的子机构通过弹簧实现弹射分离，柔性三维绳网在惯性作用下展开成一空间三维网袋，各收口机构处于开口状态；捕获进行时，每抓捕一个目标物，每节绳网的收口结构就动作进入收口闭合状态，从而完成空间多目标物的抓捕。本发明专利技术具有容错性好、作业距离远及抓捕效率高等优点，且具有很强的复制性，可根据需要扩展至任意节绳网。
【技术实现步骤摘要】
一种空间自主多目标物抓捕绳网系统和方法
本专利技术涉及空间绳网抓捕系统，尤其是涉及一种可实现多目标物抓捕的空间自主绳网系统及方法。
技术介绍
随着人类航天活动的增加，空间碎片环境日益恶化。为了保护宝贵的空间轨道资源，提高航天活动的安全性，需对空间碎片进行处理，捕获空间碎片并将其拖曳到其它废弃轨道是行之有效的方法。柔性捕获概念是近年提出的新型抓捕方式，以网或布等柔性结构覆盖、包裹目标物并通过柔性连接物(如绳索)与任务航天器形成可靠连接的组合体。作为柔性捕获方式的典型代表，空间绳网捕获系统具有抓捕容错性强、作业距离长及飞行器间耦合作用弱等优点，具有广阔的应用前景，是近年来空间研究的热点之一。传统的空间绳网抓捕系统，由于用于绳网展开的质量块一般不具有自主机动功能，因此对发射提出了较高的要求，捕获距离一般也较短，且一般一套绳网抓捕系统只能抓捕一个目标物，抓捕效率较低。
技术实现思路
以空间目标物捕获为背景，针对传统空间绳网抓捕系统存在的发射要求高、捕获距离短及抓捕效率低等问题，本专利技术的目的在于提供一种可实现多目标物抓捕的空间自主绳网系统和方法，采用具有弹射分离与对接组合功能的可重构机构，拖动空间多节绳网，通过可重构机构的子结构的编队构形变化并结合每节绳网的收口机构实现空间绳网的张口、保持与收口闭合等操作。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一、一种空间自主多目标物抓捕绳网系统：包括可重组机构、遥控锁死机构、柔性三维绳网和收口机构；柔性三维绳网主要由依次衔接布置的第一节绳网、第二节绳网、第三节绳网、第四节绳网组成，柔性三维绳网的一端系在一起作为捕获末端，另一端连接到可重组机构作为捕获入口端，相邻节绳网之间安装有收口机构，通过收口机构隔离或者连通相邻节绳网内空间。所述绳网系统收拢时，可重组机构收拢且各个收口机构紧靠布置，然后通过遥控锁死机构将可重组机构和各个收口机构箍紧，使得柔性三维绳网中间的每节绳网被收缚在相邻收口机构之间，柔性三维绳网捕获末端的一节绳网被收缚遥控锁死机构，柔性三维绳网捕获入口端的一节绳网被收缚在可重组机构；所述绳网系统展开时，可重组机构打开，各个收口机构分离布置，遥控锁死机构打开脱离可重组机构和各个收口机构，使得柔性三维绳网中间的每节绳网自由伸展在相邻收口机构之间，柔性三维绳网捕获末端的一节绳网自由伸展在遥控锁死机构和收口机构之间，柔性三维绳网捕获入口端的一节绳网自由伸展在可重组机构和收口机构之间。所述的收口机构包括矩形框、收口锁、两个横向收口组件和两个纵向收口组件，两个横向收口组件分别对称布置在矩形框内圈边框其中相对的两边，两个纵向收口组件分别对称布置在矩形框内圈边框另外相对的两边；横向收口组件包括横向弹簧和横向收口杆，横向收口杆两端均通过横向弹簧连接到矩形框内圈边框，横向收口杆与其所述连接的矩形框内圈边框外围通过收口锁箍紧；纵向收口组件包括纵向弹簧和纵向收口杆，纵向收口杆两端均通过纵向弹簧连接到矩形框内圈侧面，纵向收口杆与其所述连接的矩形框内圈边框外围通过收口锁箍紧。收口机构收拢时，四个收口锁分别将两个横向收口组件和两个纵向收口组件的四个收口杆箍紧固定在矩形框内圈的四边边框上，弹簧被压缩在收口杆和矩形框内圈边框之间，四组收口组件的四根收口杆均位于矩形框的内圈，未对矩形框中间空间的阻挡；收口机构展开时，四个收口锁打开脱离于矩形框和收口组件，每个收口组件依靠弹簧作用力将收口杆分离于矩形框内圈边框，移动到矩形框中部，四组收口组件的四根收口杆均位于矩形框中部形成对矩形框中间空间的阻挡。所述的柔性三维绳网的绳网穿设并系于收口机构的矩形框。所述的收口锁主要由两个U形夹对接而成。所述的遥控锁死机构通过无线进行开关控制。所述的可重组机构主要由四个结构相同的重组子机构构成，通过重组子机构的展开分离与靠拢对接实现第一节绳网的展开与收口；所述的可重组机构中，相邻两个重组子机构之间连接有收口绳，所述的柔性三维绳网捕获入口端的绳网端部连接到收口绳。所述绳网系统收拢时，可重组机构收拢且各个收口机构紧靠布置，然后通过遥控锁死机构将可重组机构和各个收口机构箍紧，使得柔性三维绳网中间的每节绳网被收缚在相邻收口机构之间，柔性三维绳网捕获末端的一节绳网被收缚遥控锁死机构，柔性三维绳网捕获入口端的一节绳网被收缚在可重组机构。所述绳网系统展开时，可重组机构打开，各个收口机构分离布置，遥控锁死机构打开不连接可重组机构和各个收口机构，使得柔性三维绳网中间的每节绳网自由伸展在相邻收口机构之间，柔性三维绳网捕获末端的一节绳网自由伸展在遥控锁死机构和收口机构之间，柔性三维绳网捕获入口端的一节绳网自由伸展在可重组机构和收口机构之间。二、一种空间自主多目标物抓捕方法，其特征在于：1)在捕获前，可重组结构处于重组收拢状态，柔性三维绳网处于折叠收拢状态，柔性三维绳网中间的每节绳网压缩存储于各个收口机构之间，柔性三维绳网捕获末端的一节绳网压缩存储于遥控锁死机构，柔性三维绳网捕获入口端的一节绳网压缩存储于可重组机构，通过遥控锁死机构将可重组机构与各个收口机构箍紧锁死；2)捕获开始，遥控锁死机构打开脱离可重组机构和各个收口机构，可重组结构分离展开，柔性三维绳网自由展开成一空间三维网袋，各收口机构处于开口连通状态；3)捕获进行时，先从第四节绳网捕获到第一个目标物后，最后的第四节绳网入口处的收口机构的收口锁解锁打开，两根横向收口杆在横向弹簧的弹力作用下分别向矩形框的中部运动，两根纵向收口杆在纵向弹簧的弹力作用下分别向矩形框中部运动，使得收口机构中间空间被四根收口杆阻挡，实现第四节绳网的收口闭合；4)捕获到下一个目标物后，第三节绳网和第二节绳网入口处的收口机构依次均按照步骤3)相同方式实现绳网收口闭合，直至第一节绳网捕获到最后一个目标物，接着可重构机构对接重组，第一节绳网入口处的收口闭合，完成空间自主多目标物抓捕。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术相比于传统空间绳网抓捕系统，具有机动性强、捕获距离远及控制易于工程实现等优点。2、本专利技术通过可重组机构及收口机构实现每节绳网的展开与收口，可提高绳网捕获的可靠性、降低控制的复杂性。3、本专利技术可实现多个空间目标物的抓捕，具有抓捕效率高的优点，且可复制性强，可根据抓捕要求，扩展至任意节绳网。综合来说，本专利技术具有容错性好、作业距离远及抓捕效率高等优点，且具有很强的复制性，可根据需要扩展至任意节绳网。附图说明图1是本专利技术的压缩状态下的空间绳网抓捕系统图。图2是本专利技术的收口状态下的收口机构的结构图。图3是本专利技术的展开状态下的空间绳网抓捕系统图。图4是本专利技术的可重组机构完全收缩时的示意图。图5是本专利技术的抓捕一个目标物后的系统示意图。图6是本专利技术的抓捕两个目标物后的系统示意图。图7是本专利技术的抓捕三个目标物后的系统示意图。图8是本专利技术的抓捕四个目标物后的系统示意图。图9是本专利技术的可重组机构的子机构的结构图。图10是本专利技术的开口状态下的收口机构的结构图。图中：1、可重组机构，2、遥控锁死机构，3、柔性三维绳网，4、收口机构，1.2、弹簧，1.3、导轨，1.4、锥杆，1.5、外壳，1.6、编码器，1.7、电磁刹车，1.8、伺服电机，1.9、张力传感器，1.10、减速器，1.11、第一轴承座，1.12、卷绳筒，1.13、第二轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种空间自主多目标物抓捕绳网系统，其特征在于：包括可重组机构(1)、遥控锁死机构(2)、柔性三维绳网(3)和收口机构(4)；柔性三维绳网(3)主要由依次衔接布置的第一节绳网(3.1)、第二节绳网(3.2)、第三节绳网(3.3)、第四节绳网(3.4)组成，柔性三维绳网(3)的一端系在一起作为捕获末端，另一端连接到可重组机构(1)作为捕获入口端，相邻节绳网之间安装有收口机构(4)，通过收口机构(4)隔离或者连通相邻节绳网内空间；所述绳网系统收拢时，可重组机构(1)收拢且各个收口机构(4)紧靠布置，然后通过遥控锁死机构(2)将可重组机构(1)和各个收口机构(4)箍紧，使得柔性三维绳网(3)中间的每节绳网被收缚在相邻收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获末端的一节绳网被收缚遥控锁死机构(2)，柔性三维绳网(3)捕获入口端的一节绳网被收缚在可重组机构(1)；所述绳网系统展开时，可重组机构(1)打开，各个收口机构(4)分离布置，遥控锁死机构(2)打开脱离可重组机构(1)和各个收口机构(4)，使得柔性三维绳网(3)中间的每节绳网自由伸展在相邻收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获末端的一节绳网自由伸展在遥控锁死机构(2)和收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获入口端的一节绳网自由伸展在可重组机构(1)和收口机构(4)之间；所述的收口机构(4)包括矩形框(4.1)、收口锁(4.2)、两个横向收口组件和两个纵向收口组件，两个横向收口组件分别对称布置在矩形框(4.1)内圈边框其中相对的两边，两个纵向收口组件分别对称布置在矩形框(4.1)内圈边框另外相对的两边；横向收口组件包括横向弹簧(4.3)和横向收口杆(4.5)，横向收口杆(4.5)两端均通过横向弹簧(4.3)连接到矩形框(4.1)内圈边框，横向收口杆(4.5)与其所述连接的矩形框(4.1)内圈边框外围通过收口锁(4.2)箍紧；纵向收口组件包括纵向弹簧(4.4)和纵向收口杆(4.6)，纵向收口杆(4.6)两端均通过纵向弹簧(4.4)连接到矩形框(4.1)内圈侧面，纵向收口杆(4.6)与其所述连接的矩形框(4.1)内圈边框外围通过收口锁(4.2)箍紧；收口机构(4)收拢时，四个收口锁(4.2)分别将两个横向收口组件和两个纵向收口组件的四个收口杆箍紧固定在矩形框(4.1)内圈的四边边框上，弹簧被压缩在收口杆和矩形框(4.1)内圈边框之间，四组收口组件的四根收口杆均位于矩形框(4.1)的内圈，未对矩形框(4.1)中间空间的阻挡；收口机构(4)展开时，四个收口锁(4.2)打开脱离于矩形框(4.1)和收口组件，每个收口组件依靠弹簧作用力将收口杆分离于矩形框(4.1)内圈边框，移动到矩形框(4.1)中部，四组收口组件的四根收口杆均位于矩形框(4.1)中部形成对矩形框(4.1)中间空间的阻挡。...
【技术特征摘要】
1.一种空间自主多目标物抓捕绳网系统，其特征在于：包括可重组机构(1)、遥控锁死机构(2)、柔性三维绳网(3)和收口机构(4)；柔性三维绳网(3)主要由依次衔接布置的第一节绳网(3.1)、第二节绳网(3.2)、第三节绳网(3.3)、第四节绳网(3.4)组成，柔性三维绳网(3)的一端系在一起作为捕获末端，另一端连接到可重组机构(1)作为捕获入口端，相邻节绳网之间安装有收口机构(4)，通过收口机构(4)隔离或者连通相邻节绳网内空间；所述绳网系统收拢时，可重组机构(1)收拢且各个收口机构(4)紧靠布置，然后通过遥控锁死机构(2)将可重组机构(1)和各个收口机构(4)箍紧，使得柔性三维绳网(3)中间的每节绳网被收缚在相邻收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获末端的一节绳网被收缚遥控锁死机构(2)，柔性三维绳网(3)捕获入口端的一节绳网被收缚在可重组机构(1)；所述绳网系统展开时，可重组机构(1)打开，各个收口机构(4)分离布置，遥控锁死机构(2)打开脱离可重组机构(1)和各个收口机构(4)，使得柔性三维绳网(3)中间的每节绳网自由伸展在相邻收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获末端的一节绳网自由伸展在遥控锁死机构(2)和收口机构(4)之间，柔性三维绳网(3)捕获入口端的一节绳网自由伸展在可重组机构(1)和收口机构(4)之间；所述的收口机构(4)包括矩形框(4.1)、收口锁(4.2)、两个横向收口组件和两个纵向收口组件，两个横向收口组件分别对称布置在矩形框(4.1)内圈边框其中相对的两边，两个纵向收口组件分别对称布置在矩形框(4.1)内圈边框另外相对的两边；横向收口组件包括横向弹簧(4.3)和横向收口杆(4.5)，横向收口杆(4.5)两端均通过横向弹簧(4.3)连接到矩形框(4.1)内圈边框，横向收口杆(4.5)与其所述连接的矩形框(4.1)内圈边框外围通过收口锁(4.2)箍紧；纵向收口组件包括纵向弹簧(4.4)和纵向收口杆(4.6)，纵向收口杆(4.6)两端均通过纵向弹簧(4.4)连接到矩形框(4.1)内圈侧面，纵向收口杆(4.6)与其所述连接的矩形框(4.1)内圈边框外围通过收口锁(4.2)箍紧；收口机构(4)收拢时，四个收口锁(4.2)分别将两个横向收口组件和两个纵向收口组件的四个收口杆箍紧固定在矩形框(4.1)内圈的四边边框上，弹簧被压缩在收口杆和矩形框(4.1)内圈边框之间，四组收口组件的四根收口杆均位于矩形框(4.1)的内圈，未对矩形框(4.1)中间空间的阻挡；收口机构(4)展开时，四个收口锁(4.2)打开脱离于矩形框(4.1)和收口组件，每个收口组件依靠弹簧作用力将收口杆分离...
【专利技术属性】
技术研发人员：王班，郭吉丰，冯长水，李萌，鄢雨辰，周传平，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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