基于仿章鱼软体机器人空间碎片柔性自适应捕获装置的设想

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1、第２３卷第４期载人航天Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．４２０１７年８月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｕｇ．２０１７基于仿章鱼软体机器人空间碎片柔性自适应捕获装置的设想韩亮亮，杨健，赵颖，刘珏，彭福军（上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０８）摘要：针对空间碎片跨尺度、柔性、自适应捕获的需求，根据任务功能分析及仿生学启示，提出了一种基于仿章鱼充气软体机器人的碎片捕获装置，主要由仿章鱼触手和伸展臂组成，具备远距离可达、末端位姿调整、跨尺度碎片抓捕、目标碎片的测量与识别等能力。捕获装置采用仿章鱼单支链捕获及多支链协同缠绕的方式实现对跨尺度目

2、标的可靠、灵活捕获。捕获触手采用充气软体机器人的机理实现对非结构化碎片的可靠捕获、相容，可实现捕获过程中对碰撞冲击的减缓和能量吸收。伸展臂采用充气驱动的方式展开，具有轻质、大收缩比的特点。触手表面还采用仿壁虎脚趾刚毛实现对碎片的可靠粘附，进一步确保抓取的可靠性。最后通过任务仿真验证了碎片柔性自适应捕获装置的可行性和先进性。关键词：柔性；捕获装置；碎片移除；仿章鱼；软体机器人中图分类号：Ｖ５７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１７）０４-０４６９-０４ＡｓｓｕｍｐｔｉｏｎｏｎＦｌｅｘｉｂｌｅＡｄａｐｔｉｖｅＯｒｂｉ

3、ｔａｌＤｅｂｒｉｓＣａｐｔｕｒｅＤｅｖｉｃｅＢａｓｅｄｏｎＯｃｔｏｐｕｓ⁃ｉｎｓｐｉｒｅｄＰｎｅｕｍａｔｉｃＳｏｆｔＲｏｂｏｔＨＡＮＬｉａｎｇｌｉａｎｇ，ＹＡＮＧＪｉａｎ，ＺＨＡＯＹｉｎｇ，ＬＩＵＹｕ，ＰＥＮＧＦｕｊｕｎ（ＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｈａｎｇｈａｉ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｃａｐｔｕｒｅｔｈｅｓｐａｃｅｄｅｂｒｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｌｅｓｆｌｅｘｉｂｌｙａｎｄａｄａｐｔｉｖｅｌｙ，ａｃａｐｔｕｒｅｄｅｖｉｃｅｂａｓｅｄｏｎｏｃｔｏｐｕｓ

4、-ｉｎｓｐｉｒｅｄｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｏｆｔｒｏｂｏｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔａｓｋｆｕｎｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｂｉｏｎｉｃｒｅｖｅｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗａｓｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｈｅｏｃｔｏｐｕｓ-ｉｎｓｐｉｒｅｄｔｅｎｔａｃｌｅｓａｎｄｔｈｅｄｅ-ｐｌｏｙａｂｌｅａｒｍ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗａｓｃａｐａｂｌｅｏｆｄｉｓｔａｎｔｒｅａｃｈｉｎｇ，ｅｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅａｄｊｕｓｔｉｎｇ，ｄｅｂｒｉｓｃａｐｔｕｒｉｎｇａｎｄｔａｒｇｅｔｒｅｃｏｇｎｉｔ

5、ｉｏｎａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃｏｕｌｄｃａｐｔｕｒｅｏｒｂｉｔａｌｄｅｂｒｉｓｒｅｌｉａｂｌｙａｎｄｎｉｍｂｌｙｗｉｔｈｓｉｎｇｌｅｔｅｎｔａｃｌｅｂｅｎｄｉｎｇｏｒｍｕｌｔｉ-ｔｅｎｔａｃｌｅｔｗｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅｔｅｎｔａｃｌｅｗａｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｓｏｆｔｒｏｂｏｔａｎｄｗａｓｃｏｍｐａｔｉｂｌｅａｎｄａｄａｐｔｉｖｅｔｏｔｈｅｉｒｒｅｇｕｌａｒｌｙｓｈａｐｅｄｄｅｂｒｉｓａｎｄｃｏｕｌｄａｂｓｏｒｂｔｈｅｅｎｅｒｇｙｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔａｃｔａ

6、ｎｄｉｍｐａｃｔ．Ｔｈｅｄｅｐｌｏｙａｂｌｅａｒｍｗａｓｄｒｉｖｅｎｂｙｔｈｅｐｎｅｕｍａｔｉｃａｃｔｕａｔｉｏｎ，ｓｏｉｔｗａｓｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔａｎｄｈｉｇｈｓｈｒｉｎｋｒａｔｉｏ．Ｇｅｃｋｏ-ｉｎｓｐｉｒｅｄｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃｎａｎｏ-ｓａｃｌｅａｄｈｅｓｉｖｅａｒｒａｙｓｗｅｒｅａｌｓｏｕｓｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｔｅｎｔａｃｌｅｔｏｅｎｓｕｒｅｒｅｌｉａｂｌｅｇｒａｓｐｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔａｓｋｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｖａｌｉｄａｔｅｉｔｓｆｅａｓｉｂ

7、ｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ；ｃａｐｔｕｒｅｄｅｖｉｃｅ；ｄｅｂｒｉｓｒｅｍｏｖａｌ；ｏｃｔｏｐｕｓｉｎｓｐｉｒｅｄ；ｓｏｆｔｒｏｂｏｔ［１］外不断发展，并向工程化迈进。典型的碎片捕１引言获移除任务如欧空局的ＲＯＧＥＲ计划（Ｒｏｂｏｔｉｃ［２］随着人类航天活动日益频繁，日益增长的空ＧｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙＯｒｂｉｔＲｅｓｔｏｒｅｒ）、德宇航的ＴＥＣＳＡＳ［３］间碎片已成为在轨航天器的头号威胁，其危害性计划、日本碎片移除计划均提出了一些主动空［４］已得到世界各国的重视，碎片主动清除技术在国间碎片清除概念，包括

8、空间机械臂、电动力缆收稿日期：２０１７-０３-０９；修回日期：２０１７-０７-０５基金项目：载人航天预先研究项目（０３０４０１）第一作者：韩亮亮，男，硕士，工程师，研究方向为空间机器人。Ｅ-ｍａｉｌ：ｈｌｌｒｏｂ＠１６３．ｃｏｍ４７０载人航天第２３卷绳、飞网、飞爪等手段。目前