[发明专利]一种空间碎片清除系统构型及其设计方法

权利要求书

1.一种空间碎片清除系统构型，其特征在于，包括六自由度的基座(1)，基座(1)上对称设置的太阳帆板(2)，沿基座(1)垂直于太阳帆板(2)方向运动的第一伸缩杆(3)，嵌套于第一伸缩杆(3)内部的第二伸缩杆(4)，能够绕伸缩杆轴方向转动的第一关节(5)，绕垂直于第一关节(5)轴方向转动的第二关节(6)，绕第二关节(6)轴方向转动的第三关节(7)，以及末端抓捕装置；

所述末端抓捕装置由分别铰接在第三关节(7)上的四个爪组成，每一个爪由三根能够独立运动的连杆依次铰接组成，每个连杆分别能够绕垂直于连杆的方向转动，每一个爪上连杆的铰接轴方向均平行设置；

每一个爪由依次铰接的第一连杆(8)、第二连杆(9)和第三连杆(10)组成，第一连杆(9)的长度等于第一关节(5)、第二关节(6)和第三关节(7)的长度总和；

在初始时刻，第一伸缩杆(3)收缩于基座(1)内部，第二伸缩杆(4)位于第一伸缩杆(3)内部，每一个爪均贴附于第一关节(5)、第二关节(6)和第三关节(7)，每一个爪的部分收于第一伸缩杆(3)内部。

2.根据权利要求1所述的一种空间碎片清除系统构型，其特征在于，在初始状态时，每一个爪的第二连杆(9)和第三连杆(10)位于第一伸缩杆(3)内部。

3.根据权利要求1所述的一种空间碎片清除系统构型，其特征在于，第一伸缩杆(3)、第二伸缩杆(4)、第一关节(5)、第二关节(6)和第三关节(7)的最大总长度为5.2m。

4.根据权利要求1所述的一种空间碎片清除系统构型，其特征在于，所述的第三关节呈八边形板状设置，四个抓对称设置在八边形的四个边上，其余四个边呈内陷的弧形设置。

5.一种空间碎片清除系统构型的设计方法，其特征在于，包括，

步骤一，建立如权利要求1-4任意一项所述的空间碎片清除系统，并对其建立三维模型；

步骤二，对所提出的空间碎片清除系统进行动力学建模；

步骤三，根据动力学模型，对所提出的空间碎片清除系统对于抓捕任务进行轨迹规划；

步骤四，基于matlab中simulink的VR工具箱，根据得到的轨迹规划，完成对整个系统的虚拟现实仿真，验证建立的空间碎片清除系统的正确性，完成空间碎片清除系统构型的设计。

6.根据权利要求5所述的一种空间碎片清除系统构型的设计方法，其特征在于，步骤一中，利用CATIA建立空间碎片清除系统的三维模型。

7.根据权利要求5所述的一种空间碎片清除系统构型的设计方法，其特征在于，步骤二中，采用D-H表示法描述坐标系转换关系，基于拉格朗日动力学建模方法建立空间碎片清除系统动力学模型为：

式中，B是惯量项，q为广义坐标，C是科里奥力和向心力项，G是重力项，τ是广义力。

8.根据权利要求5所述的一种空间碎片清除系统构型的设计方法，其特征在于，步骤三中，进行轨迹规划时，

3.1通过正运动学方程得到清除系统末端坐标系原点位置；

3.2在得到末端位置后，通过解析法求解逆运动学方程，得到相应的关节量；

3.3基于得到的相应的关节量，在关节空间中，采用五次多项式进行轨迹规划。