阅读说明：本技术 可刚化充气式抓捕手 (Inflatable grasper capable of rigidizing ) 是由 苗常青 朱延楠 刘文翔 姜晨旭 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：可刚化充气式抓捕手,属于航天在轨操控技术领域。本发明的可刚化充气式抓捕手,包括多节充气指节、多个充气关节和多个箍紧气囊；所述多节充气指节依次设置,每相邻两节充气指节的相邻端面的里端通过铰链连接,每相邻两节充气指节之间固定连接有充气关节,每节充气指节的外表面的内侧连接有箍紧气囊,多节充气指节为可刚化充气指节。本发明的可刚化充气式抓捕手通过充气关节内驱动气囊充放气实现抓捕手的缠绕式抓捕,并可实现抓捕力的控制、调节,控制方式简单、可靠,易于实现,对于不同形状及尺寸的目标都有很强的适应能力。本发明用于空间目标的在轨抓捕、释放及相对固定等操作。(But rigidization inflatable capture hand belongs to space flight in orbit and controls technical field. The rigidifying inflatable catching hand comprises a plurality of sections of inflatable knuckles, a plurality of inflatable joints and a plurality of hooping airbags; the multi-section inflatable knuckle is sequentially arranged, the inner ends of the adjacent end surfaces of every two adjacent sections of inflatable knuckles are connected through a hinge, an inflatable joint is fixedly connected between every two adjacent sections of inflatable knuckles, the inner side of the outer surface of each section of inflatable knuckle is connected with a hooping air bag, and the multi-section inflatable knuckles are rigidizable inflatable knuckles. The rigidifying inflatable arresting hand provided by the invention realizes the winding type arresting of the arresting hand by driving the air bag to inflate and deflate through the inflating joint, can realize the control and adjustment of the arresting force, has simple and reliable control mode, is easy to realize, and has strong adaptability to targets with different shapes and sizes. The invention is used for the operations of on-orbit capture, release, relative fixation and the like of a space target.)

可刚化充气式抓捕手

技术领域

本发明属于航天在轨操控技术领域，具体涉及一种可刚化充气式抓捕手。

背景技术

对空间目标(包含合作目标和非合作目标)进行在轨操作和服务需要由抓捕机构完成目标的在轨抓捕、释放及相对固定等操作。现有的空间目标抓捕机构主要为刚性机械臂或机械手爪等形式，可用于空间合作目标的抓捕。但对于非合作目标，包括未安装合作抓持机构的己方飞行器、失效卫星及其他大尺寸空间碎片等，需要采用大尺度的抓捕机构才能完成任务，这对于机械式抓捕机构来说，就需要极大地增大抓捕机构的尺寸、增加关节数量，这将增加抓捕机构及其控制系统的发射体积和质量，并显著增大系统的复杂程度和操作难度，降低系统的操作可靠性，增加制造和发射成本。此外，刚性机械臂或抓捕手在抓捕过程中，其抓捕作用面积小，容易导致局部抓捕力过大，从而造成抓捕机构及被抓捕目标的损伤。

发明内容

本发明的目的在于为解决现有技术存在的上述问题，提供一种可刚化充气式抓捕手。

本发明针对空间目标，尤其是大型非合作目标的在轨抓捕、释放及相对固定等需求，提供一种简单、可靠的解决方式。

1、可刚化充气式抓捕手可柔性折叠，折叠形状灵活，发射体积小，发射成本低。

2、可刚化充气式抓捕手发射入轨后，可在轨充气展开并刚化成型，从而在轨成型为大尺寸的、具有足够刚度的抓捕手。

3、抓捕形式灵活，对于不同形状及尺寸的目标都有很强的适应能力。

4、抓捕作用面积大，总抓捕力和摩擦力大，抓捕牢固可靠。

5、抓捕手控制方式简单、灵活、可靠，容易实现。

6、抓捕手在轨展开刚化成型后，可重复使用，抓捕时只需对其充气关节充气即可实现对目标的抓捕与释放，所需气量小。

7、在充气指节上设置有箍紧气囊，采用手指指腹形式的仿生设计，箍紧气囊与被抓捕目标间形成大面积接触，抓捕力分布均匀，可实现对被抓捕目标的柔性抓捕，避免对被抓捕目标造成损伤。

8、可刚化充气式抓捕手采用柔性复合材料制成，加工工艺简单，原材料及制造成本低。

9、通过箍紧气囊内部充气压力的调节，可实现抓捕区域面积和作用力的调节和控制，并可实现对被抓捕目标形状适应性的微调。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种可刚化充气式抓捕手，包括多节充气指节、多个充气关节和多个箍紧气囊；所述多节充气指节依次设置，每相邻两节充气指节的相邻端面的里端通过铰链连接，每相邻两节充气指节之间固定连接有充气关节，每节充气指节的外表面的内侧连接有箍紧气囊，多节充气指节为可刚化充气指节。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、可刚化充气式抓捕手采用柔性复合材料制成，可柔性折叠、折叠形式灵活，发射体积小，发射成本低、难度小。

2、可刚化充气式抓捕手发射入轨后，充气展开并刚化，形成大尺寸、具有足够刚度的抓捕手。

3、可刚化充气式抓捕手通过充气关节驱动气囊的充放气，及驱动气囊内部充气压力的控制、调节，实现对被抓捕目标的缠绕式抓捕，及对被抓捕目标的箍紧、释放等操作，控制方式简单、可靠，易于实现，并提高了对不同形状及尺寸被抓捕目标的适应能力。

4、可刚化充气式抓捕手在抓捕时只需对其充气关节驱动气囊充气，即可实现对目标的抓捕与释放，抓捕过程所需气量小。

5、可刚化充气式抓捕手采用多指节、多充气关节结构形式，且在各指节上设置有采用手指指腹形式仿生设计的箍紧气囊，提高了抓捕手对被抓捕目标形状和尺寸的适应能力，可实现对不同尺寸、形状目标的抓捕。

6、箍紧气囊增大了抓捕手的总抓捕力与摩擦力，抓捕牢固可靠。

7、箍紧气囊为柔性囊体，采用手指指腹形式的仿生设计，可随形箍紧目标，实现抓捕手与被抓捕目标的紧密接触，接触面积大，抓捕力分布均匀，实现对被抓捕目标的柔性抓捕，避免对被抓捕目标造成损伤。

8、通过对充气关节驱动气囊和箍紧气囊的内部充气压力的调节和控制，可实现对抓捕手的抓捕面积与抓捕力的调节和控制。

9、可刚化充气式抓捕手在轨展开刚化成型后，可重复使用。

附图说明

图1是本发明的可刚化充气式抓捕手的结构示意图；

图2是充气关节的结构示意图。

上述附图中涉及的部件名称及标号如下：

充气指节1、充气关节2、驱动气囊201、弹性伸缩元件202、挡板203、箍紧气囊3、铰链4。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式披露了一种可刚化充气式抓捕手，包括多节充气指节1、多个充气关节2和多个箍紧气囊3；所述多节充气指节1依次设置，每相邻两节充气指节1的相邻端面的里端通过铰链4连接，每相邻两节充气指节1之间固定连接有充气关节2，每节充气指节1的外表面的内侧连接有箍紧气囊3，多节充气指节1为可刚化充气指节。

进一步的是，如图1所示，所述充气关节2为波纹管形状。

进一步的是，如图1所示，所述多节充气指节1的长度均等长，或由后端至前端递减或递增；多节充气指节1的外壁直径由后端至前端递减或等长或递增。

进一步的是，如图1所示，所述多节充气指节1为空心充气圆柱，多节充气指节1的长度为0.01-10m，多节充气指节1的数量为1-100根。

进一步的是，如图1、图2所示，所述多个充气关节2均包括驱动气囊201、弹性伸缩元件202及两块挡板203；所述两块挡板203之间固定设置有驱动气囊201，所述驱动气囊201外侧固定有弹性伸缩元件202，所述每相邻两节充气指节1与充气关节2的两块挡板203固定连接。

进一步的是，如图1所示，所述箍紧气囊3为柔性圆柱形囊体。

进一步的是，如图1所示，所述充气指节1由多层柔性复合材料制成，所述多层柔性复合材料由内至外依次为气密层、承力层及反射层；所述气密层材质为TPU或PE，所述承力层材质为纤维布、单向布、高强牛津布或PVC夹丝网布，所述反射层材质为铝膜。

进一步的是，如图1所示，所述箍紧气囊3由多层柔性复合材料制成，所述多层柔性复合材料由内至外依次为气密层、承力层及防滑层，所述防滑层里面夹有感知层；所述气密层材质为TPU或PE，所述承力层材质为纤维布、单向布、高强牛津布或PVC夹丝网布，所述防滑层材质为防滑橡胶。

进一步的是，如图1所示，所述充气指节1设置有刚化层，所述刚化层材质为芳纶预浸布，刚化层设置在承力层与反射层之间。

进一步的是，如图1所示，刚化方式为电加热刚化、紫外刚化、泡沫填充刚化或空间热刚化，所述电加热刚化设置有电加热层，所述电加热层设置在刚化层与承力层之间，所述泡沫填充刚化是将泡沫填充在充气指节1内的空间。

实施例1：

本实施例披露了一种可刚化充气式抓捕手；包括九节充气指节1、八个充气关节2和十个箍紧气囊3；所述九节充气指节1由后端至前端尺寸递减，每相邻两节充气指节1的两个相邻端面的里端通过铰链4连接，每相邻两节充气指节1之间固定连接有充气关节2，九节充气指节1由后端至前端依次定义为：第一节充气指节、第二节充气指节、第三节充气指节、第四节充气指节、第五节充气指节、第六节充气指节、第七节充气指节、第八节充气指节及第九节充气指节，所述第二节充气指节和第三节充气指节外表面的内侧分别连接有两个箍紧气囊3，第四节充气指节至第九节充气指节外表面的内侧分别连接有一个箍紧气囊3。

使用方法及原理：本发明的可刚化充气式抓捕手，后端(末端)与飞行器的机械伸缩臂连接，充气指节1、箍紧气囊3以及驱动气囊201上均设有气嘴，所述气嘴与充放气设备连接。可刚化充气式抓捕手，折叠包装状态发射，入轨后，充气展开，充气指节1通过紫外或电加热刚化方式进行刚化。

进行目标抓捕时，飞行器接近抓捕目标，展开机械伸展臂，抓捕手充气展开。充气指节1在充气关节2的驱动下缠绕抓捕目标，随后箍紧气囊3充气展开，箍紧目标。需要释放目标时，箍紧气囊3放气，充气指节1在充气关节2的驱动下展开，释放目标。

依靠抓捕手前端小尺寸充气指节1抓捕小尺寸目标，依靠抓捕手大、小尺寸充气指节1共同抓捕大尺寸目标(充气指节1的尺寸包括长度和外壁直径)。

以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。