【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间碎片捕获，具体涉及一种基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置和一种使用该捕获装置进行的空间目标捕获方法。
技术介绍
1、人类太空探索活动日益频繁，导致空间近地轨道碎片数量迅速增长，其不仅消耗了大量的空间轨道资源，并且严重威胁空间站、宇宙飞船和在轨卫星的安全及服役寿命，甚至影响人类太空探索的进程。空间碎片以极高的速度运行，即使一个小碎片撞击航天器或在轨卫星，也会造成毁灭性后果。目前我国空间站就已进行多次机动变轨以躲避空间碎片的撞击。
2、针对空间碎片对航天活动的严重威胁，已经提出了空间清理计划，并开展了各类空间抓捕机构的研究。
3、目前已有的抓捕方式和抓捕机构主要分为以下几类：
4、1、空间刚性抓捕机构。通常由机械臂、夹持器等组成，以保持相对位置的稳定性和刚度。公开号为cn112518795b的中国专利公开了一种采用这种机械结构的空间抓捕机器人及其抓捕机构，其多用于卫星等合作目标的抓捕，但由于空间垃圾无姿态控制，因此捕获风险较高，抓捕具有挑战性，且捕获装置成本过高、总重量和体积也都过大，机构过于复杂，很难搭载和运输，大大增加了任务难度。
5、2、飞网式柔性抓捕机构。主要采用能够展开的网状结构，通过投掷或发射使其覆盖并抓捕目标。公开号为cn102991731a的中国专利提出了一种用于废弃航天器捕获的飞网弹射捕获装置，适用于捕捉较大范围的目标，不适用于碎片密度低、体积小的小型碎片，对目标的精准抓捕要求较高，容易受到环境因素的影响，并且弹射所引起的震荡对抓捕机构的姿态控
6、3、鱼叉式抓捕机构。类似于鱼叉的结构，可以通过发射或伸缩机构将目标夹持。公开号为cn110198893a的中国专利公开了空间碎片捕获装置以及空间碎片除去装置，该空间碎片捕获装置可以在一定距离内精准地夹持目标，适用于需要远距离操作的场景，但对目标形状和运动的适应性有一定要求，不适用于特殊形状或高速运动的目标。
7、4、飞爪型抓捕机构。通常包括机械爪、夹爪等结构，通过机械手臂或其他驱动装置进行抓捕。公开号为cn109677643b的中国专利提供了一种网飞爪装置组合体，虽然其灵活性较高，适用于多种不同形状和大小的目标，但在高速运动目标或需要大范围覆盖的情况下效率较低。
8、综上所述，目前已有的几类空间目标抓捕机构存在结构复杂、对空间碎片的形状尺寸和运动速度有限制、以及控制难度高等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决现有空间目标抓捕机构所存在的结构复杂、对空间碎片的形状尺寸和运动速度有限制、以及控制难度高的不足之处，而提供了一种基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置和一种使用该捕获装置进行的空间目标捕获方法，其无需额外动力输入，仅通过与空间目标物体的触碰以及双稳态复合材料曲壳固有的变形特性，即可实现对目标物体的抓捕，能够适应不同形状、不同尺寸和不同运动速度的空间碎片，同时具有结构简单、能耗低、易于控制、质量轻的特点。
2、为实现上述目的，本专利技术所提供的技术解决方案是：
3、一种基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特殊之处在于：包括触碰机构、捕获执行机构、装载机构和限位机构；
4、触碰机构包括仿生黏附微结构阵列、触板和导筒，
5、仿生黏附微结构阵列用于与空间目标物体接触并且粘接至触板，
6、导筒与触板固连，以在空间目标物体与仿生黏附微结构阵列发生接触碰撞时一起移动，导筒在其外周壁上靠近触板的位置处设置有限位孔；
7、捕获执行机构包括多个曲壳、固定组件以及与曲壳一一对应设置的连接绳，曲壳均布在固定组件的外周，每个曲壳由双稳态复合材料制成且能够从初始的展开状态变形至卷曲状态，并且包括第一端部和第二端部，
8、固定组件用于固定曲壳的第一端部，连接绳的一端连接至曲壳的第二端部，另一端连接至触碰机构，连接绳在曲壳的展开状态下处于松弛状态，并且能够在触碰机构移动时张紧而拉动曲壳，以使曲壳转变至其卷曲状态；
9、装载机构包括双层套筒和弹簧，
10、双层套筒包括内筒和外筒，双层套筒穿过固定组件的中部并固连至固定组件，使得双层套筒的带底端和敞开端分别位于固定组件的两侧，且带底端用于安装至卫星壳体，
11、弹簧用于对空间目标物体的冲击载荷进行缓冲并在双层套筒的内筒与外筒之间的环形腔内安装至其带底端，导筒插入到环形腔中且与弹簧接触，并能够从双层套筒的敞开端向带底端移动而压挤弹簧；
12、限位机构用于限制弹簧压缩后反弹而反向推动导筒，并且安装在双层套筒的外筒的周向壁外侧面上靠近敞开端端面的位置，限位机构能够与导筒上的限位孔接合，以限制导筒的移位。
13、进一步地，固定组件包括第一压紧板、第二压紧板和多个螺钉，曲壳的第一端部通过螺钉夹紧在第一压紧板与第二压紧板之间。
14、进一步地，导筒包括对称地从壁部径向向外突出的两个滑轨，双层套筒的内筒的壁内侧设有与滑轨配合的滑道。
15、进一步地，限位机构关于双层套筒的轴线对称布置有两组，每组均包括支撑件、限位器、扭簧和转轴；支撑件固连至双层套筒的外筒的周向壁外侧面，转轴连接至支撑件，限位器和扭簧套在转轴上，限位器能够在扭簧的作用下相对于支撑件围绕转轴旋转；限位器包括凸起，凸起能够沿着导筒滑动以及插入到导筒上的限位孔中。
16、进一步地，曲壳由碳材料或环氧树脂材料制成。
17、进一步地，触板呈圆盘状，仿生黏附微结构阵列沿周向和径向均匀分布在触板上。
18、进一步地，第一压紧板和第二压紧板的截面为方形，曲壳的数量为四个，与第一压紧板和第二压紧板的四个边一一对应设置。
19、进一步地，导筒上的限位孔为便于凸起滑入的十字形孔。
20、一种使用上述捕获装置进行的空间目标捕获方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
21、步骤1，载有捕获装置的卫星上的相机识别空间目标物体的运动、姿态及形状尺寸特征；
22、步骤2，根据步骤1得到的空间目标物体的运动、姿态及形状尺寸特征，控制捕获装置向空间目标物体移动，并以一定速度与空间目标物体接触碰撞，使得空间目标物体吸附于仿生黏附微结构阵列上；
23、步骤3，触板和导筒一起向双层套筒的带底端运动而压挤弹簧，同时带动连接绳从其松弛状态变形；
24、步骤4，连接绳转变为张紧状态，当连接绳的张力达到某一水平后，触发曲壳向其卷曲状态变形，将空间目标物体包裹在曲壳内；
25、步骤5，导筒运动至其限位孔与限位机构对准的位置，限位机构与限位孔接合，从而限制导筒在弹簧作用下的反向移位，由此完成空间目标物体的捕获。
26、本专利技术的优点是：
27、1、本专利技术的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置和使用该捕获装置进行的空间目标捕获方法，利用空间目标物体捕获过程中不可避免的接触碰撞载荷使触板和导筒一起在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：包括触碰机构、捕获执行机构、装载机构和限位机构；
2.根据权利要求1所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述固定组件包括第一压紧板、第二压紧板和多个螺钉，所述曲壳的第一端部通过所述螺钉夹紧在所述第一压紧板与所述第二压紧板之间。
3.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述导筒包括对称地从壁部径向向外突出的两个滑轨，所述双层套筒的内筒的壁内侧设有与所述滑轨配合的滑道。
4.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述限位机构关于所述双层套筒的轴线对称布置有两组，每组均包括支撑件、限位器、扭簧和转轴；
5.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述曲壳由碳材料或环氧树脂材料制成。
6.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述触板呈圆盘状，所述仿生黏附微结构阵列沿周向和径向均匀分布在
7.根据权利要求2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述第一压紧板和所述第二压紧板的截面为方形，所述曲壳的数量为四个，与所述第一压紧板和所述第二压紧板的四个边一一对应设置。
8.根据权利要求4所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述导筒上的限位孔为便于所述凸起滑入的十字形孔。
9.一种使用根据权利要求1至8中任一项所述的捕获装置进行的空间目标捕获方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：包括触碰机构、捕获执行机构、装载机构和限位机构；
2.根据权利要求1所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述固定组件包括第一压紧板、第二压紧板和多个螺钉，所述曲壳的第一端部通过所述螺钉夹紧在所述第一压紧板与所述第二压紧板之间。
3.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述导筒包括对称地从壁部径向向外突出的两个滑轨，所述双层套筒的内筒的壁内侧设有与所述滑轨配合的滑道。
4.根据权利要求1或2所述的基于接触碰撞的柔性双稳态空间目标捕获装置，其特征在于：所述限位机构关于所述双层套筒的轴线对称布置有两组，每组均包括支撑件、限位器、扭簧和转轴；
5.根据权利要求1或...
【专利技术属性】
技术研发人员：李东武，闫语鑫，杨慧毅，张宇浩，徐超，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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