一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置及控制方法，包括前端物面、末端收集器、过渡基座和控制系统；前端物面分为裸露端和伸入端，伸入端全部伸入过渡基座内部，通过扭簧与过渡基座内壁连接；末端收集器与过渡基座可分离式连接。在捕获时，前端物面裸露端张开，伸入端闭合，防止了已经被收集的空间碎片在前端物面捕获空间碎片时逃出捕获装置；在捕获到碎片时，前端物面裸露端闭合，伸入端张开，使空间碎片从前端物面内部进入末端收集器内部。末端收集器可容纳多个空间碎片，通过多次不间断工作，实现对空间碎片的重复性捕获，提升清除碎片的速度；同时，在末端收集器被填满时，只需置换新的末端收集器即可，操作简单，节省成本。

【技术实现步骤摘要】
一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置及控制方法
本专利技术属于航天
，涉及一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置及控制方法。
技术介绍
伴随航天科技的迅猛发展，各国正以前所未有的速度向外太空发射大量军事、民用等各方面的航天器。但由于无法妥善处理已报废或故障的航天器以及火箭残骸，便有意无意地将其遗留在了太空中。随着各种残骸和废弃物的越积越多，空间碎片俨然已成为航天事业发展的巨大隐患。空间碎片的不断产生也对有限的轨道资源构成了严重威胁，尤其是当某一轨道高度的空间碎片达到临界值时，碎片之间的链式碰撞过程会造成轨道资源的永久破坏，而为了躲避空间碎片的频繁变轨不仅干扰航天器的正常功能，还会消耗航天器的燃料，影响航天器的在轨寿命，因此，主动清除空间碎片已成为需要面对的迫切问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置及控制方法，通过重复使用这一性能，避免多次发射的成本代价，提高使用能效比，为空间微小碎片的有效回收和处理装置提供设计思路和参考。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，包括前端物面、末端收集器、过渡基座、2个拉伸装置和控制系统；前端物面由上下两部分扣合组成，分为伸入端和裸露端，伸入端位于过渡基座内部；当裸露端闭合时，伸入端张开；当裸露端张开时，伸入端闭合；伸入端上下两部分的外壁均通过扭簧与过渡基座内壁连接；末端收集器与过渡基座可分离式连接；2个拉伸装置分别设置在抓捕装置的上下两侧，拉伸装置用于在控制系统的控制下使前端物面裸露端张开和闭合；控制系统用于根据检测到的碎片位置信息控制前端物面裸露端的张开与闭合。本专利技术进一步的改进在于：拉伸装置包括第一细绳、卷扬机和电机；卷扬机和电机连接且均设置在末端收集器上，第一细绳一端连接卷扬机，另一端连接前端物面的裸露端。拉伸装置包括第一细绳、电磁铁、扳机、扳机弹簧、卷扬机、电机、扳机机构和第二细绳；扳机电磁铁与扳机前端下侧连接；扳机前端上侧设置用于钩住第二细绳的倒钩，扳机通过扳机弹簧与过渡基座连接；卷扬机和电机连接且均设置在末端收集器上，第二细绳的两端均连接前端物面裸露端外壁；第一细绳一端连接卷扬机，另一端连接第二细绳的中点。拉伸装置还包括压线轮基座、压线轮、压线轮平台、压线轮电磁铁和定滑轮；压线轮基座与过渡基座连接，位于扳机与末端收集器之间；压线轮平台设置在压线轮基座上且能在压线轮基座上上下移动，压线轮和压线轮电磁铁设置在压线轮平台上，压线轮与第一细绳连接；定滑轮与过渡基座连接，位于扳机与前端物面之间，用于保证第一细绳的平稳运行。还包括四连杆，四连杆设置在扭簧与过渡基座靠近末端收集器的一端之间，用于封闭前端物面伸入端与过渡基座的夹缝，四连杆一端连接过渡基座，另一端连接前端物面伸入端；所述过渡基座靠近前端物面的一端与前端物面裸露端之间设置有隔板，用于封闭过渡基座靠近前端物面的一端与前端物面裸露端之间的间隙。末端收集器内壁设置有用于减少碎片碰撞能量的海绵缓冲材料层；海绵缓冲材料层表面设置有一层用于黏附和固定捕获到的碎片的仿壁虎线性刚毛阵列膜。前端物面采用AlSi10Mg铝合金材质，通过3D打印制作；扳机和压线轮平台均采用45钢材质，通过机加加工方式制作；压线轮基座采用HT250材质，先由铸造得到毛胚，再通过机加加工方式制作；末端收集器和四连杆均采用2024铝合金材质，通过板材加工方式制作；过渡基座采用HT250材质，先由铸造得到毛胚，再通过机加加工方式制作；扭簧采用1Cr18Ni9材质制作，劲度系数k＝0.133/deg。还包括设置在过渡基座内壁上的第一红外传感器以及分别设置在前端物面上下两部分前端内壁上的第二红外传感器和第三红外传感器；第一红外传感器用于检测碎片是否进入末端收集器，第二红外传感器和第三红外传感器用于检测碎片是否进入前端物面。末端收集器为四棱台型，靠近前端物面的一端小，远离前端物面的一端大。一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置控制方法，包括以下步骤：步骤1：当第二红外传感器或第三红外传感器检测到碎片进入前端物面时，压线轮电磁铁停止通电，扳机电磁铁通电开始工作，扳机上设置的倒钩放开第二细绳，前端物面裸露端闭合，100ms后扳机电磁铁停止通电；步骤2：前端物面裸露端闭合后，当第一红外传感器检测到碎片进入末端收集器后，电机正转，第二细绳被拉起重新挂在扳机上设置的倒钩上，前端物面裸露端张开，压线轮电磁铁通电开始工作，压紧第一细绳；若20s内第一红外传感器始终未检测到碎片进入末端收集器，则认为是一次误操作，电机正转，第二细绳被拉起重新挂在扳机上设置的倒钩上，前端物面裸露端张开，压线轮电磁铁通电开始工作，压紧第一细绳。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过前端物面、过渡基座和末端收集器组合而成，采用前端物面将待捕获的空间碎片捕获，捕获的空间碎片通过过渡基座进入末端收集器，在末端收集器内固定，实现清除空间碎片的目的。其中，前端物面采用上下两部分扣合组成，分为伸入端和裸露端，当裸露端闭合时，伸入端张开；当裸露端张开时，伸入端闭合；在捕获时，前端物面在细绳的拉力作用下，裸露端张开，伸入端闭合，防止了已经被收集的空间碎片在前端物面捕获空间碎片时逃出捕获装置，在捕获到碎片时，细绳放松，前端物面在扭簧的作用下，裸露端闭合，伸入端张开，使空间碎片从前端物面内部进入末端收集器内部。末端收集器具有一定容积，可同时容纳多个空间碎片，可以通过多次不间断工作，实现对空间碎片的重复性捕获，提升清除空间碎片的速度；同时，末端收集器与过渡基座可分离式连接，在末端收集器被填满时，只需置换新的末端收集器即可，方便快捷，节省人力物力成本。进一步的，在过渡基座的上下两侧设置了扳机，采用细绳在前端物面的裸露端外壳上形成一个闭环，利用扳机上设置的倒钩钩住细绳形成闭环的细绳，通过扳机电磁铁和扳机弹簧控制扳机倒钩的弹起，提升了前端物面工作的稳定性。进一步的，在过渡基座的上下两侧设置了压线轮，当电机反转放松细绳时，压线轮平台在压线轮电磁铁的作用下下移带动压线轮下移压紧细绳，从而防止了细绳与卷扬机发生滑动松脱，也避免了细绳的随意漂浮，提高装置的稳定性。在过渡基座的上下两侧设置了定滑轮，细绳在定滑轮的作用下工作过程更加平稳。进一步的，在扭簧与过渡基座后端之间设置了四连杆，在过渡基座内壁与前端物面的伸入端外壁之间形成密闭空间，防止进入收集器的碎片运动到前端物面伸入端与过渡基座的夹缝中，卡死装置。进一步的，在末端收集器内壁设置有用于减少碎片碰撞能量的海绵缓冲材料层，在海绵缓冲材料层表面设计一层仿壁虎线性刚毛阵列膜，很好的减少了空间碎片的碰撞能量，同时黏附和固定收集到的碎片。进一步的，在过渡基座内壁上设置第一红外传感器，在前端物面的一个半壳的上端盖上设置第二红外传感器，另一个半壳的上端盖上设置第三红外传感器，通过3个红外传感器检测碎片是否进入指定机构，提高装置工作的准确性。进一步的，末端收集器采用四棱台型设计，一方面使得末端收集器的体积比较大，有利于存储更多的碎片；另一方面，可以很好地防止已收集的碎片再逃出末端收集器。本专利技术的控制方法通过计时20s来判断前端物面是否进行了误操作，并在确认误操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，包括前端物面(1)、末端收集器(11)、过渡基座(16)、2个拉伸装置和控制系统；前端物面(1)由上下两部分扣合组成，分为伸入端和裸露端，伸入端位于过渡基座(16)内部；当裸露端闭合时，伸入端张开；当裸露端张开时，伸入端闭合；伸入端上下两部分的外壁均通过扭簧(18)与过渡基座(16)内壁连接；末端收集器(11)与过渡基座(16)可分离式连接；2个拉伸装置分别设置在抓捕装置的上下两侧，拉伸装置用于在控制系统的控制下使前端物面(1)裸露端张开和闭合；控制系统用于根据检测到的碎片位置信息控制前端物面(1)裸露端的张开与闭合。

【技术特征摘要】
1.一种主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，包括前端物面(1)、末端收集器(11)、过渡基座(16)、2个拉伸装置和控制系统；前端物面(1)由上下两部分扣合组成，分为伸入端和裸露端，伸入端位于过渡基座(16)内部；当裸露端闭合时，伸入端张开；当裸露端张开时，伸入端闭合；伸入端上下两部分的外壁均通过扭簧(18)与过渡基座(16)内壁连接；末端收集器(11)与过渡基座(16)可分离式连接；2个拉伸装置分别设置在抓捕装置的上下两侧，拉伸装置用于在控制系统的控制下使前端物面(1)裸露端张开和闭合；控制系统用于根据检测到的碎片位置信息控制前端物面(1)裸露端的张开与闭合。2.根据权利要求1所述的主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，所述拉伸装置包括第一细绳(2)、卷扬机(9)和电机(10)；卷扬机(9)和电机(10)连接且均设置在末端收集器(11)上，第一细绳(2)一端连接卷扬机(9)，另一端连接前端物面(1)的裸露端。3.根据权利要求1所述的主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，所述拉伸装置包括第一细绳(2)、电磁铁(3)、扳机(4)、扳机弹簧(5)、卷扬机(9)、电机(10)、扳机机构和第二细绳(201)；扳机电磁铁(3)与扳机(4)前端下侧连接；扳机(4)前端上侧设置用于钩住第二细绳(201)的倒钩，扳机(4)通过扳机弹簧(5)与过渡基座(16)连接；卷扬机(9)和电机(10)连接且均设置在末端收集器(11)上，第二细绳(201)的两端均连接前端物面(1)裸露端外壁；第一细绳(2)一端连接卷扬机(9)，另一端连接第二细绳(201)的中点。4.根据权利要求3所述的主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，所述拉伸装置还包括压线轮基座(6)、压线轮(7)、压线轮平台(8)、压线轮电磁铁(17)和定滑轮；压线轮基座(6)与过渡基座(16)连接，位于扳机(4)与末端收集器(11)之间；压线轮平台(8)设置在压线轮基座(6)上且能在压线轮基座(6)上上下移动，压线轮(7)和压线轮电磁铁(17)设置在压线轮平台(8)上，压线轮(7)与第一细绳(2)连接；定滑轮与过渡基座(16)连接，位于扳机(4)与前端物面(1)之间，用于保证第一细绳(2)的平稳运行。5.根据权利要求4所述的主动的能重复使用的空间末端抓捕装置，其特征在于，还包括四连杆(15)，四连杆(15)设置在扭簧(18)与过渡基座(16)靠近末端收集器(11)的一端之间，用于封闭前端物面(1)伸入端与过渡基座(16)的夹缝，四连杆(15)一端连接过渡基座(16)，另一端连接前端物面(1)伸入端；所述过渡基座(16)靠近前端物面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱战霞，唐永兴，孙勇毅，孙楠，廉怡轩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61