2、空间与机器人领域的创新设计与研究

空间与机器人领域的创新设计与研究

1 空间机械臂末端执行器设计背景

随着轨道上卫星数量的不断增加，太空探索面临诸多问题。卫星可能因能源缺失或部件故障而成为太空垃圾，其不受控飞行可能引发与其他卫星的碰撞，甚至导致凯斯勒综合征这一最坏情况的发生。为解决这些问题，相关项目正在研究合适的太空机器人系统设计方案。

目前，一些卫星具备自主交会和捕获技术，如工程试验卫星七号（ETS - VII）可用于合作目标的捕获，但故障卫星这类非合作目标通常难以被捕获。德国航天局提出了将非合作目标从地球静止轨道转移到墓地轨道的卫星概念。

大多数太空操作，如国际空间站（ISS）的许多任务，都依赖于机械臂和目标卫星上的接口连接。然而，并非所有卫星都配备兼容的对接端口，此时基于几何形状的抓取方式就显得尤为重要。CubeSat 这类微卫星具有标准化的平行六面体几何形状和坚固的棱边，适合作为机器人末端执行器的抓取对象。

2 末端执行器任务与要求

2.1 任务描述

典型目标 CubeSat 卫星尺寸较小，通常没有对接或停泊端口，但可通过其几何形状固定在较大卫星表面。其棱边可用于抓取，且抓取棱边有助于确定目标在末端执行器坐标系中的位置，便于将其放置在基于几何形状的停泊端口上。

2.2 设计要求

设计用于停泊任务的末端执行器时，需满足以下参数要求：
- 基于几何形状抓取尺寸从 100 × 100 mm（CubeSat 1U）到 226.3 × 226.3 mm（CubeSat 12U）的目标。
- 实现目标的对齐。
- 最小化抓取时的冲击力。
- 提供力反馈以确保抓取过程中