夹爪装置、机械臂、空间机器人及空间机器人的控制方法

技术领域

本公开涉及空间机器人领域，尤其涉及一种夹爪装置、机械臂、空间机器人及空间机器人的控制方法。

背景技术

在轨捕获(On-Orbit-Capture)技术是指在有人或无人参与的情况下对空间目标实施抓捕的技术。目前世界各国在轨卫星的数量与日俱增，与之相应的，卫星的损坏、报废等情况也越来越多，在轨捕获、在轨维修、在轨回收等任务的市场也越来越大。

常用的在轨捕获技术手段有两种：一是使用空间机械臂等刚性机构直接实现捕获，称为刚性捕获。二是使用柔性的飞网、网索等对目标进行缠绕包络实现捕获，称为柔性捕获。刚性捕获对于非合作目标物(失效的卫星、碎片等) 的捕获，需要进行严密的计算和控制，难度较大。柔性捕获会使网索等与目标物缠绕，造成二次伤害，且捕获后的目标物不再具备在轨运行的能力。

发明内容

本公开的目的在于提供一种夹爪装置、机械臂、空间机器人及空间机器人的控制方法，能够达到较好的在轨捕获效果，并且装置的可靠性更高。

本公开实施例的一个方面提供一种夹爪装置，包括基座、柔性囊袋和磁流变材料；所述基座包括外壳体和设置于所述外壳体内的电磁铁；所述柔性囊袋和所述外壳体连接，所述柔性囊袋设有容纳腔；所述磁流变材料设于所述容纳腔内，所述磁流变材料随所述电磁铁的磁场变化而在固态和液态之间切换；所述夹爪装置包括第一工作状态和第二工作状态；在第一工作状态时，所述电磁铁通电产生第一磁场或断电磁场消失，所述磁流变材料呈液态；在第二工作状态时，所述电磁铁通电产生第二磁场，所述磁流变材料呈固态。

在其中一个实施例中，所述柔性囊袋具有与所述容纳腔连通的开口，所述开口周侧的部分具有底边部，所述底边部与所述外壳体密封连接，所述柔性囊袋和所述外壳体合围形成封闭的所述容纳腔。

在其中一个实施例中，所述夹爪装置还包括压紧件，所述压紧件和所述外壳体连接，所述底边部夹持于所述压紧件和所述外壳体之间。

在其中一个实施例中，所述外壳体包括主体和与所述主体连接的连接件，所述连接件环绕所述主体的周侧设置；

所述连接件和所述压紧件沿所述主体的轴向连接，所述底边部夹持于所述压紧件和所述连接件之间。

在其中一个实施例中，所述压紧件设有多个第一孔，所述外壳体对应设有多个第二孔，所述底边部对应设有多个第三孔，所述夹爪装置还包括多个紧固件，所述紧固件穿设于位置对应的所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔，使得所述压紧件和所述外壳体夹持所述底边部。

在其中一个实施例中，所述第一孔为盲孔，所述第二孔为通孔，所述第三孔为通孔。

在其中一个实施例中，所述连接件包括凸台，所述凸台沿所述主体的轴向方向的截面呈阶梯形，所述压紧件与所述凸台在所述主体的轴向方向上抵接，所述底边部夹持于所述凸台和所述压紧件之间。

在其中一个实施例中，所述连接件包括第一连接部和第二连接部，所述第一连接部和所述第二连接部连接形成所述凸台；所述第一连接部的内壁和所述主体的周侧表面相抵，所述第二连接部的内壁和所述压紧件的外壁相抵。

本公开的实施例提供的夹爪装置技术方案可以包括以下有益效果：

夹爪装置可以应用于航空航天领域进行在轨捕获，相较于钢性仿真夹爪装置，夹爪装置无需设置电机进行驱动，可靠性高。钢性仿真夹爪装置对目标物进行捕获时，需要精确定位从而准确夹持，本公开的夹爪装置对目标物实现包络式捕获，容许夹爪装置的位置存在一定的误差，控制难度小，能够达到较好的在轨捕获效果。另外钢性仿真夹爪装置的多个指节均需进行控制，以达到特定的姿态进行捕获操作，本公开的夹爪装置仅需对电磁铁的通断电情况进行控制，大大减少了控制环节，缩短了反馈时间，进而提高了控制精度。

相较于柔性飞网，柔性囊袋不会与目标物缠绕，造成二次伤害，且捕获后将夹爪装置调整为第一工作状态，释放目标物，不会对目标物造成损伤，目标物仍具备在轨运行的能力，节约了项目成本。

本公开实施例的另一个方面提供一种机械臂，包括多个机械臂组件、电机和上述任一实施例所述的夹爪装置，所述多个机械臂组件通过所述电机连接，所述夹爪装置设于其中一个所述机械臂组件的一端。

在其中一个实施例中，所述机械臂包括装配件，所述装配件连接于所述机械臂组件和所述夹爪装置之间。

本公开的实施例提供的机械臂技术方案可以包括以下有益效果：

相邻的两个机械臂组件之间通过至少一个电机连接，使得一个机械臂组件相对于另一个机械臂组件发生位移，实现位置的改变，进而使得设置在机械臂组件一端的夹爪装置能够到达指定的位置处。

本公开实施例的又一个方面提供一种空间机器人，包括上述任一实施例所述的机械臂、机器人主体、电源、摄像模组、传感组件和控制组件，所述机械臂和所述机器人主体连接；所述机械臂和所述机器人主体中的至少一者用于设置所述电源、所述摄像模组、所述传感组件和所述控制组件；所述电机和所述电磁铁分别和所述电源电连接；所述电机、所述电源、所述摄像模组和所述传感组件分别和所述控制组件电连接。

在其中一个实施例中，所述传感组件包括位移传感器，设于所述机械臂和 /或所述机器人主体，用于检测所述机械臂的位移量；和/或

所述传感组件包括力传感器，设于所述机械臂和/或所述机器人主体，用于检测所述夹爪装置的受力情况。

本公开的实施例提供的空间机器人技术方案可以包括以下有益效果：

摄像模组用于将拍摄到的信息进行处理并反馈给控制组件，传感组件将感应到的信息传递给控制组件，控制组件对这些信息进行计算并作出判断，然后控制组件控制电机的运行，使得机械臂运动，和/或控制组件控制电源对电磁铁的通断电以及供电电压的大小，改变电磁铁产生的磁场，从而改变磁流变材料的物理状态。如此，实现了对夹爪装置的控制，使其完成目标物的捕获工作。

本公开实施例的再一个方面提供一种空间机器人的控制方法，用来控制上述任一实施例所述的空间机器人对目标物进行捕获，所述方法包括：

将所述夹爪装置保持在第一工作状态；

获取所述目标物的面积，当所述目标物的面积小于或等于所述空间机器人的最大捕获面积时，控制所述机械臂靠近所述目标物运动；

控制所述柔性囊袋包裹设定变压面积的所述目标物，将所述夹爪装置切换至第二工作状态，以使所述柔性囊袋夹持所述目标物。

在其中一个实施例中，所述空间机器人设有所述最大捕获面积，当所述摄像模组识别到所述目标物的面积小于或等于所述最大捕获面积时，所述控制组件控制所述机械臂运动，以带动所述夹爪装置靠近并捕获所述目标物。

在其中一个实施例中，所述空间机器人设有目标物识别特征，当所述摄像模组识别到的目标物上的特征符合所述目标物识别特征时，所述控制组件控制所述夹爪装置对所述目标物识别特征进行捕获。

在其中一个实施例中，当捕获到所述目标物的面积小于所述设定变压面积时，控制所述电源对所述电磁铁施加第一电压值以产生所述第一磁场，使所述夹爪装置保持在所述第一工作状态；

当捕获到所述目标物的面积大于或等于所述设定变压面积时，切断所述电源和所述电磁铁之间的电连接控制所述电源对所述电磁铁施加第二电压值以产生所述第二磁场，使所述夹爪装置由所述第一工作状态切换至所述第二工作状态。

在其中一个实施例中，当所述空间机器人完成对所述目标物的捕获，切断所述电源和所述电磁铁之间的电连接或者控制所述电源对所述电磁铁施加所述第二电压值以产生所述第二磁场，使所述夹爪装置保持在所述第二工作状态。

在其中一个实施例中，所述控制所述机械臂靠近所述目标物运动，包括：

识别所述目标物的位移方向，控制所述机械臂沿与所述目标物的位移方向相反的方向运动，以带动所述夹爪装置和所述目标物相向运动。

在其中一个实施例中，所述空间机器人包括两个所述机械臂，所述控制所述机械臂靠近所述目标物运动，包括：

控制两个所述机械臂从所述目标物的两侧相向运动，使得两个所述夹爪装置自所述目标物的两侧共同夹持所述目标物。

本公开的实施例提供的空间机器人的控制方法技术方案可以包括以下有益效果：

通过本公开中空间机器人的控制方法控制空间机器人对目标物进行捕获，能够实现在真空环境中对目标物进行在轨捕获，并且捕获效果好，可靠性高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

附图说明构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为一实施例中的夹爪装置的结构示意图。

图2为图1所示夹爪装置的剖面图。

图3所示为一实施例中的连接件的结构示意图。

图4为图3所示连接件的另一视角的结构示意图。

图5所示为一实施例中的机械臂的结构示意图。

图6所示为一实施例中的空间机器人的内部硬件结构的示意图。

图7所示为一实施例中的夹爪装置对目标物进行捕获的过程变化状态图。

其中：10-夹爪装置；110-基座；120-柔性囊袋；130-磁流变材料；111-外壳体；112-电磁铁；121-容纳腔；131-开口；132-底边部；140-压紧件；141-第一孔；1111-第二孔；1112-主体；1113-连接件；11131-第四孔；11132-凸台；11133- 第一内壁；11134-第二内壁；11135-第三内壁；11136-第一连接部；11137-第二连接部；20-机械臂；21-机械臂组件；22-装配件；30-空间机器人；31-电源；32- 摄像模组；33-传感组件；34-控制组件；331-位移传感器；332-力传感器。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本公开进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本公开，并不限定本公开的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本公开。

磁流变材料由磁性的分散相颗粒、基体和添加剂等混合组成。在施加外磁场后，材料的流变性能或粘弹性能等会发生显著的变化，并且该种变化可逆快速。磁流变材料主要包括磁流变液、磁流变弹性体、磁流变胶和磁流变泡沫等，实际应用最多的是磁流变液。

磁流变材料一般由磁性颗粒、载液和稳定剂组成。磁流变材料的粘度随磁场变化而连续变化，磁场越强，磁性颗粒间的联系越紧密，抗剪切能力越强，形成固体状态。当磁场移去之后，磁流变材料的磁性颗粒又立即恢复到自由流动的液体状态。同时，当外加的剪切力低于其传递能力时，粘稠的磁流变材料相当于韧性的固体，当外力超过其抗剪能力时，韧性体则被破坏而出现屈服。

基于此，本公开提供一种夹爪装置、机械臂、空间机器人及空间机器人的控制方法，将磁流变材料应用于夹爪装置，能够达到较好的在轨捕获效果，并且装置的可靠性更高。

下面结合附图，对本公开的夹爪装置进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

在本公开的一个实施例中，参照图1和图2所示，提供一种夹爪装置10，包括基座110、柔性囊袋120和磁流变材料130。基座110包括外壳体111和设置于外壳体111内的电磁铁112。柔性囊袋120和外壳体111连接，柔性囊袋120 设有容纳腔121。磁流变材料130设于容纳腔121内，磁流变材料130随电磁铁 112的磁场变化而在固态和液态之间切换。夹爪装置10包括第一工作状态和第二工作状态。在第一工作状态时，电磁铁112通电产生第一磁场或断电磁场消失，磁流变材料130呈液态。在第二工作状态时，电磁铁112通电产生第二磁场，磁流变材料130呈固态。

在第一工作状态时，柔性囊袋120内的磁流变材料130呈液态，磁流变材料130可以进行流动，包裹磁流变材料130的柔性囊袋120随着磁流变材料130的流动而改变形状。在第二工作状态时，柔性囊袋120内的磁流变材料130呈固态，磁流变材料130的形状固定，包裹磁流变材料130的柔性囊袋120也随之定型。如此，在第一工作状态时，若有目标物和柔性囊袋120 发生碰撞，液体形态的磁流变材料130被该目标物向两侧推开，柔性囊袋120 出现凹陷，该目标物会陷入柔性囊袋120中，目标物周侧的磁流变材料130 会对目标物产生压力。在第二工作状态时，若有目标物此时陷在柔性囊袋120 中，则该目标物周侧的磁流变材料130呈固态，对目标物进行夹持。磁流变材料130对目标物产生稳定的压力，并且柔性囊袋120的表面具有粗糙度，会和目标物之间产生摩擦力，从而将该目标物捕获住。

夹爪装置10可以应用于航空航天领域进行在轨捕获，相较于钢性仿真夹爪装置，夹爪装置10无需设置电机进行驱动，可靠性高。钢性仿真夹爪装置对目标物进行捕获时，需要精确定位从而准确夹持，本公开的夹爪装置10 对目标物实现包络式捕获，容许夹爪装置10的位置存在一定的误差，控制难度小，能够达到较好的在轨捕获效果。另外钢性仿真夹爪装置的多个指节均需进行控制，以达到特定的姿态进行捕获操作，本公开的夹爪装置10仅需对电磁铁112的通断电情况进行控制，大大减少了控制环节，缩短了反馈时间，进而提高了控制精度。

相较于柔性飞网，柔性囊袋120不会与目标物缠绕，造成二次伤害，且捕获后将夹爪装置10调整为第一工作状态，释放目标物，不会对目标物造成损伤，目标物仍具备在轨运行的能力，节约了项目成本。

在一些实施例中，电磁铁112包括铁芯和导电绕组，铁芯和导电绕组设于外壳体111内，导电绕组环绕铁芯设置。导电绕组通电时产生磁场，导电绕组两端施加不同的电压，会产生不同的电磁场。导电绕组断电时磁场消失。在另一些实施例中，电磁铁112也可采用其他能够产生磁场的物理结构，本公开对电磁铁112的具体实现形式不作限制。

电磁铁112产生的磁场将会分布于基座110的周侧空间内，柔性囊袋120 需保证始终处于磁场的有效范围内。

在一些实施例中，外壳体111可采用冷轧钢板，冷轧钢板具有优良的导磁性能，不会影响磁场的传导。外壳体111也可采用其他材料，例如软铁、铝合金等，本公开对外壳体111的用材不作限制。

在本实施例中，外壳体111设计为圆柱形，在其他实施例中，外壳体111 可根据实际需求设计为其他形状，例如长方体、圆台形等。

柔性囊袋120采用柔性材料制成，保证柔性囊袋120能够随着液态的磁流变材料130的流动而改变形态。柔性囊袋120可采用硅胶、丁腈橡胶、聚氨酯等材料，该材料还需保证有足够的韧性和强度，使得柔性囊袋120在多次捕获目标物后的表面积和原先的设计表面积之间的误差较小，确保夹持作业的准确性，并且也避免柔性囊袋120“吞入”目标物后发生破裂。再者，该材料还需具有足够的粗糙度，以获得满足要求的摩擦系数。具体地，在一些实施例中，柔性囊袋120的表面积和厚度可以根据实际捕获目标物的大小、质量和位移速度等条件进行设计。

在本实施例中，继续参照图1和图2所示，柔性囊袋120的形状为近似椭球形，并且柔性囊袋120的长轴延伸方向和外壳体111的轴向延伸方向相同。采用此种形状的设计便于盛装磁流变材料130，对磁流变材料130的包裹性好，柔性囊袋120易随着液态磁流变材料130的流动而改变形态，并且，当沿长轴延伸方向捕捉目标物时，可捕捉较大体积的目标物。在其他一些实施例中，柔性囊袋120可采用其他形状，本公开对此不作限制。

在本实施例中，磁流变材料130采用磁流变液，由微米级的磁性颗粒均匀分散在适当的载液中，形成悬浮体系。磁性颗粒为主要的分散相颗粒，可以采用Fe、Co、Ni及其合金，Fe

磁流变液的磁流变效应具有良好的可逆性，即施加磁场后，磁流变液由流体状态变为类固体状态，屈服应力和粘度发生巨大变化，但当磁场撤销后，磁流变液可以恢复到原来的状态。因此，夹爪装置10通过磁流变液的磁流变效应实现第一工作状态和第二工作状态的切换，在经历多次工作状态切换后磁流变液仍能保持准确的固液状态改变，保证夹爪装置10的可靠性。

在另一些实施例中，磁流变材料130可采用磁流变弹性体、磁流变胶、磁流变泡沫等材料。

在本实施例中，柔性囊袋120中注满磁流变材料130。在另一些实施例中，柔性囊袋120中可混合注入磁流变材料130与其他材料。

在一些实施例中，柔性囊袋120设置为封闭的囊袋，从而形成封闭的容纳腔121，柔性囊袋120的外表面的部分区域和外壳体111连接，可采用强粘合力的粘合剂进行粘接。结构简单，成本低。

在本实施例中，参照图2所示，柔性囊袋120具有与容纳腔121连通的开口131，开口131周侧的部分具有底边部132，底边部132与外壳体111密封连接，柔性囊袋120和外壳体111合围形成封闭的容纳腔121。在柔性囊袋120 上设置开口131，方便在柔性囊袋120内设置磁流变材料130。开口131周侧的部分柔性囊袋120翻折形成底边部132，便于和外壳体111连接。底边部 132和外壳体111进行密封连接，可以通过强粘合力的粘合剂进行粘接，使得柔性囊袋120和外壳体111合围形成封闭的容纳腔121，从而使得磁流变材料130能够贮存于容纳腔121内，避免外泄。

具体地，在图2所示实施例中，开口131周侧的部分柔性囊袋120向外翻折形成底边部132，底边部132呈环形，将底边部132和外壳体111的端面进行连接。

进一步地，参照图1和图2所示，在一些实施例中，夹爪装置10还包括压紧件140，压紧件140和外壳体111连接，底边部132夹持于压紧件140和外壳体111之间。通过设置压紧件140，进一步对底边部132进行固定，保证结构强度。压紧件140可以和外壳体111在外壳体111的轴向方向上相抵接。

在一些实施例中，压紧件140可以和底边部132的形状对应设置，具体地，压紧件140设置为圆环状，压紧件140的内径和外径可以和底边部132 的内径和外径尺寸相同。或者压紧件140的内径和底边部132的内径相同，压紧件140的外径小于底边部132的外径，便于观测底边部132的夹持情况，判断压紧件140是否安装到位。压紧件140的外径可以和外壳体111的直径相同。

在一些实施例中，参照图2和图3所示，压紧件140设有多个第一孔141，外壳体111对应设有多个第二孔1111，底边部132对应设有多个第三孔(未图示)，夹爪装置10还包括多个紧固件(未图示)，紧固件穿设于位置对应的第一孔141、第二孔1111和第三孔，使得压紧件140和外壳体111夹持底边部132。如此，实现了压紧件140和外壳体111之间的固定连接，并且使得压紧件140 压紧底边部132，使得底边部132夹持于压紧件140和外壳体111之间，增强了底边部132和外壳体111之间的密封性。

具体地，多个第一孔141环绕压紧件140的端面阵列排布，多个第二孔 1111环绕外壳体111的端面阵列排布，多个第三孔环绕底边部132阵列排布，第一孔141、第二孔1111和第三孔的数量相等，位置相对应设置，孔径互相配合。

在一些实施例中，第一孔141为盲孔，第二孔1111为通孔，第三孔为通孔。在装配紧固件时，将紧固件从第二孔1111穿入，穿过第三孔，直至和第一孔 141连接。如此，紧固件不会穿出压紧件140，进而不会和柔性囊袋120发生接触，避免干涉柔性囊袋120正常作业。并且，减小了紧固件暴露在外的表面积，减小锈蚀的风险。

在一些实施例中，采用紧固件装配前，可先在底边部132和外壳体111 之间涂抹密封材料，保证柔性囊袋120的密封性。

进一步地，在一些实施例中，继续参照图2和图3所示，外壳体111包括主体1112和与主体1112连接的连接件1113，连接件1113环绕主体1112的周侧设置。连接件1113和压紧件140沿主体1112的轴向连接，底边部132夹持于压紧件140和连接件1113之间。通过设置连接件1113，从而可以将第二孔1111 设置在连接件1113上，连接件1113的轴向长度可以根据实际需求进行设计，不影响主体1112的轴向长度，主体1112的尺寸只需考虑内部设置的电磁铁 112的尺寸。在充分考虑紧固件强度的情况下，可适当减小连接件1113的轴向长度，减轻连接件1113的重量，从而减小夹爪装置10的整体重量。

在一些实施例中，连接件1113可设置为环形件，第二孔1111环绕连接件1113的端面阵列排布，连接件的内径和主体1112的直径相同。通过紧固件连接第一孔141、第二孔1111和第三孔，使得连接件1113和压紧件140 沿轴向固定连接。

在一些实施例中，连接件1113和主体1112一体成型。

在另一些实施例中，连接件1113和主体1112分体设置，连接件1113 套设于主体1112周侧。进一步地，参照图2和图3所示，连接件1113沿主体1112的径向设置有多个第四孔11131，第四孔11131为通孔，主体1112 的侧壁上对应设有第五孔，通过紧固件连接第四孔11131和第五孔，可以实现连接件1113和主体1112的固定连接。

第一孔141、第二孔1111、第三孔、第四孔11131和第五孔的内壁设有螺纹，紧固件采用螺栓，方便连接。

在一些实施例中，参照图2和图3所示，连接件1113包括凸台11132，凸台11132沿主体1112的轴向方向的截面呈阶梯形，压紧件140与凸台11132 在主体1112的轴向方向上抵接，底边部132夹持于凸台11132和压紧件140之间。通过设置凸台11132，能够使得压紧件140和连接件1113的连接缝隙位于连接件1113的内壁内，减少外界杂质等因素对压紧件140和连接件1113 的固定连接产生影响。并且，相较于部分底边部132暴露在压紧件140和连接件1113的外壁外，将底边部132设置于连接件1113的内壁内安全性更高。

具体地，连接件1113包括沿轴向延伸的第一内壁11133和第二内壁11134，连接件1113还包括沿径向延伸的第三内壁11135，第三内壁11135连接于第一内壁11133和第二内壁11134之间。第一内壁11133的直径大于第二内壁 11134的直径。第二内壁11134和第三内壁11135形成凸台11132。

在一些实施例中，连接件1113包括多个凸台11132，形成多级台阶，进一步保证柔性囊袋120的密封性。

在一些实施例中，参照图2至图4所示，连接件1113包括第一连接部11136 和第二连接部11137，第一连接部11136和第二连接部11137连接形成凸台11132。第一连接部11136的内壁和主体1112的周侧表面相抵，第二连接部11137的内壁和压紧件140的外壁相抵。如此，压紧件140在沿主体1112的径向方向上通过第二连接部11137实现限位，方便对孔。

具体地，第一连接部11136端面和第二连接部11137的端面沿沿主体 1112的轴向方向连接，第一连接部11136的内径小于第二连接部11137的内径。第二孔1111沿主体1112的轴向方向延伸，贯穿第一连接部11136设置，第四孔11131沿主体1112的径向方向延伸，贯穿第一连接部11136设置。

参照图5所示，本公开还提供一种机械臂20，包括多个机械臂组件21、电机(未图示)和上述任一实施例中的夹爪装置10，多个机械臂组件21通过电机连接，夹爪装置10设于其中一个机械臂组件21的一端。相邻的两个机械臂组件21之间通过至少一个电机连接，使得一个机械臂组件21相对于另一个机械臂组件21发生位移，实现位置的改变，进而使得设置在机械臂组件221 一端的夹爪装置10能够到达指定的位置处。

机械臂组件21的具体结构和电机的排布根据实际的机械臂20所需的自由度和位移范围进行设计。夹爪装置10可设置于机械臂20的末端，实现最大位移量。

在一些实施例中，机械臂20包括装配件22，装配件22连接于机械臂组件 21和夹爪装置10之间。通过设置装配件22，便于连接机械臂组件21和夹爪装置10。

在本实施例中，装配件22为一法兰，法兰的大端面上可环形阵列排布多个开孔，和夹爪装置10连接的机械臂组件21的一端对应设有装配孔，通过多个紧固件连接开孔和装配孔使得机械臂组件21和夹爪装置10固定连接。法兰的小端面上可设置至少一个螺纹孔，将螺杆安装在该螺纹孔内，外壳体 111的远离柔性囊袋120的一端也对应设有螺纹孔，通过该螺纹孔使得夹爪装置10和螺杆实现装配。

参照图6所示，本公开还提供一种空间机器人30。空间机器人30包括上述任一实施例中的机械臂20、机器人主体(未图示)、电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34，机械臂20和机器人主体连接。机械臂20和机器人主体中的至少一者用于设置电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34。电磁铁112和电机分别和电源31电连接。电机、电源31、摄像模组32和传感组件33分别和控制组件34电连接。

机械臂20和机器人主体中的至少一者用于设置电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34，可以分三种情况：第一，机械臂20单独用于设置电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34，电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34全部设在机械臂20。第二，机器人主体单独用于设置电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34，电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34全部设在机器人主体。第三，两者共同用于设置电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34，可以电源31、摄像模组32、传感组件33和控制组件34其中几个设在机械臂20，另外几个设在机器人主体。也可以某个组件的一部分设在机械臂20，另一部分设在机器人主体。

也即，电源31可以设置于机械臂20或者设置于机器人主体，或者电源 31的一部分设于机械臂20，另一部分设置于机器人主体。摄像模组32可以设置于机械臂20或者设置于机器人主体，或者摄像模组32的一部分设于机械臂20，另一部分设置于机器人主体。传感组件33可以设置于机械臂20或者设置于机器人主体，或者传感组件33的一部分设于机械臂20，另一部分设置于机器人主体。控制组件34可以设置于机械臂20或者设置于机器人主体，或者控制组件34的一部分设于机械臂20，另一部分设置于机器人主体。

摄像模组32用于将拍摄到的信息进行处理并反馈给控制组件34，传感组件33将感应到的信息传递给控制组件34，控制组件34对这些信息进行计算并作出判断，然后控制组件34控制电机的运行，使得机械臂20运动，和/ 或控制组件控制电源31对电磁铁112的通断电以及供电电压的大小，改变电磁铁112产生的磁场，从而改变磁流变材料130的物理状态。如此，实现了对夹爪装置10的控制，使其完成目标物的捕获工作。

具体地，在一些实施例中，控制组件34包括处理组件以及存储器。

处理组件通常控制空间机器人30的整体操作，诸如与显示，数据传输处理，和记录操作相关联的操作。处理组件可以包括一个或多个处理器来执行指令，以完成本公开中方法的全部或部分步骤。此外，处理组件可以包括一个或多个模块，便于处理组件和其他组件之间的交互。例如，处理组件可以包括多媒体模块，以方便多媒体组件和处理组件之间的交互，如控制板。

存储器被配置为存储各种类型的数据以支持在空间机器人30的操作。这些数据的示例包括用于在空间机器人30上操作的任何应用程序或方法的指令，数据，消息，图片，视频等。存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

电源31为空间机器人30的各种组件提供电力。电源31可以包括电源管理系统，一个或多个电源，及其他与为空间机器人30生成、管理和分配电力相关联的组件。

摄像模组32可以包括镜头组件、图像传感组件以及驱动组件，镜头组件用于接受光线，图像传感组件用于处理光线，驱动组件用于带动镜头组件运动。

传感器组件33可以包括一个或多个传感器，用于为空间机器人30提供各个方面的状态评估。

进一步地，在一些实施例中，传感组件33包括位移传感器331，设于机械臂20和/或机器人主体，用于检测机械臂20的位移量。控制组件34通过位移传感器331反馈的位移量，判断机械臂20的位置，并及时进行调整。

在一些实施例中，传感组件33包括力传感器332，设于机械臂20和/或机器人主体，用于检测夹爪装置10的受力情况。控制组件34通过力传感器332 反馈的受力大小和面积，判断机械臂20捕获目标物的情况，并及时进行调整。

在实际应用场景中，空间机器人可以是空间轨道上的航天器、地外天体的探测器等。

本公开还提供一种空间机器人的控制方法，空间机器人的控制方法用来控制空间机器人30对目标物进行捕获。方法包括：步骤S1，将夹爪装置10保持在第一工作状态；步骤S2，获取目标物的面积，当目标物的面积小于或等于空间机器人30的最大捕获面积时，控制机械臂20靠近目标物运动；步骤S3，控制柔性囊袋120包裹设定变压面积的目标物，将夹爪装置10切换至第二工作状态，以使柔性囊袋120夹持目标物。

初始时，在获取到有目标物存在的信息后，将夹爪装置10设置在第一工作状态，使得柔性囊袋120可以自由变形来实现捕获的目的。

可选地，在未获取到有目标物存在的信息时，根据实际需求既可将夹爪装置10设置在第一工作状态，也可将夹爪装置10设置在第二工作状态。

获取目标物的面积可以是获取目标物的表面积或者有效抓取面积，有效抓取面积可以是目标物朝向夹爪装置10的投影面积。当目标物的面积在可捕获范围内时，控制机械臂20靠近目标物进行捕获。当目标物的面积不在可捕获范围内时，放弃捕获。

夹爪装置10在第一工作状态时，磁流变材料130呈液态，柔性囊袋120 随着磁流变材料130的流动而改变形状，控制柔性囊袋120接触目标物，目标物陷入柔性囊袋120中被捕获。参照图7所示，从目标物40接触柔性囊袋 120，到目标物40被柔性囊袋120捕获的过程中，目标物40在柔性囊袋120 中越陷越深，柔性囊袋120包裹住的目标物40的表面积越来越大，直至达到设定变电压面积。

当柔性囊袋120包裹住的目标物的表面积达到或超过设定变电压面积时，夹爪装置10由第一工作状态切换至第二工作状态，磁流变材料130由液态变为固态，磁流变材料130的形状固定，包裹磁流变材料130的柔性囊袋120 也随之定型，固定为此时捕获目标物的形状，实现对目标物的固定夹持。

柔性囊袋120包裹住的目标物的表面积大小可以通过摄像模组32和/或传感器组件33进行评估。具体地，在一些实施例中，摄像模组32识别出柔性囊袋120包裹住的目标物的表面积大小。在另一些实施例中，通过力传感器332获取目标物和柔性囊袋12之间的受力面积，判断柔性囊袋120包裹住的目标物的表面积大小。在又一些实施例中，综合摄像模组32和传感器组件 33的反馈信息进行判断。

通过本公开中空间机器人的控制方法控制空间机器人30对目标物进行捕获，能够实现在真空环境中对目标物进行在轨捕获，并且捕获效果好，可靠性高。

空间机器人设有最大捕获面积，当摄像模组32识别到目标物的面积小于或等于最大捕获面积时，控制组件34控制机械臂20运动，以带动夹爪装置10靠近并捕获目标物。通过摄像模组32对目标物进行识别，从而获取目标物的面积。空间机器人的最大捕获面积可以根据夹爪装置10的实际尺寸进行设定，保证柔性囊袋120对目标物进行有效包裹，避免因柔性囊袋120的包裹面积太小无法固定夹持住目标物的情况发生。

当捕获到目标物的面积小于设定变压面积时，控制电源31对电磁铁112施加第一电压值以产生第一磁场，使夹爪装置10保持在第一工作状态。当捕获到目标物的面积大于或等于设定变压面积时，切断电源31和磁铁112之间的电连接或者控制电源31对电磁铁112施加第二电压值以产生第二磁场，使夹爪装置 10由第一工作状态切换至第二工作状态。设定变压面积的设置，是为了确保柔性囊袋120对目标物的包裹面积足够大后再切换夹爪装置10的工作状态，保证夹爪装置10切换工作状态后实现对目标物的固定夹持。在捕获到目标物的面积未达到设定变压面积前，夹爪装置10处于第一工作状态，磁流变材料 130呈液态，柔性囊袋120对目标物的包裹面积越来越大，直至达到设定变压面积。在捕获到目标物的面积达到或超过设定变压面积时，夹爪装置10 处于第二工作状态，磁流变材料130呈固态，完成捕获。

可选地，在一些实施例中，设定变压面积的取值可以根据柔性囊袋120 包裹住的目标物的表面积占目标物表面积的比例值设定。在另一些实施例中，设定变压面积的取值可以根据夹爪装置10的受力情况设定。

磁流变液具有磁场可调控性，即施加磁场后，磁流变液的屈服应力和表观黏度会增大2～3个数量级，并且屈服应力和表观黏度会随着磁场强度的增大而增大，可以通过外磁场强弱的调控使磁流变液的应力和粘度满足应用需求。

在一些实施例中，电磁铁112断电，磁流变液变为粘度很小的液体随意流动。在另一些实施例中，对电磁铁112施加大于0的第一电压值产生第一磁场，磁流变液变为具有一定粘度的液体，流动性降低，柔性囊袋120可以保持在一定范围内的形态，使得夹爪装置10的位移控制更精确。

在一些实施例中，第二电压值设置地较高，使得磁流变液变为屈服应力较大的固态，从而增大对目标物的夹持力，捕获更稳定。在另一些实施例中，第二电压值设置为一般值，使得磁流变液变为屈服应力相对小一些的固态乃至胶态，具有一定的弹性，从而在捕获目标物时避免对目标物的表面造成磨损。

磁流变效应响应快，响应时间一般为毫秒级，使得夹爪装置在第一工作状态和第二工作状态之间的切换响应速度快，控制精确，夹持精准。

在一些实施例中，第一电压值和第二电压值根据实际需求预先设置为固定值。在另一些实施例中，第一电压值和第二电压值根据实际使用过程中的信息反馈进行调整以产生适当的第一磁场和第二磁场。

在本实施例中，电源31采用24v的稳压电源，当捕获到目标物的面积小于设定变压面积时，控制电源31对电磁铁112施加24v的电压值以产生第一磁场，使夹爪装置10保持在第一工作状态。当捕获到目标物的面积大于或等于设定变压面积时，切断电源31和磁铁112之间的电连接，使夹爪装置10 由第一工作状态切换至第二工作状态。控制策略简单易实现。

在一些实施例中，当空间机器人30完成对目标物的捕获，切断电源31和磁铁112之间的电连接或者控制电源31对电磁铁112施加第二电压值以产生第二磁场，使夹爪装置10保持在第二工作状态。如此，夹爪装置10在完成目标物的捕获后仍对目标物进行固定夹持，进而通过控制机械臂20的运动将目标物送至目的地。

在一些实施例中，将目标物送至回收地点进行回收，例如回收进空间机器人内，或者空间站。在另一些实施例中，将目标物运送至目的轨道，使得目标物在目的轨道上运行。

可选地，在一些实施例中，控制机械臂20靠近目标物运动，包括识别目标物的位移方向，控制机械臂20沿与目标物的位移方向相反的方向运动，以带动夹爪装置10和目标物相向运动。在太空中，物体受到的重力为零，和物体接触易将物体推开。因此将夹爪装置10的位移方向设置为和目标物的运动方向相反，目标物和夹爪装置10相撞后陷入柔性囊袋120内，实现捕获。

进一步地，在一些实施例中，夹爪装置10沿柔性囊袋120的长轴方向运动，目标物沿柔性囊袋120的长轴方向撞入柔性囊袋120，目标物陷入柔性囊袋的深度较深。在另一些实施例中，夹爪装置10沿柔性囊袋120的其他延伸方向运动，本公开对此不作限制。

可选地，在一些实施例中，空间机器人30包括两个机械臂20，控制机械臂20靠近目标物运动，包括控制两个机械臂20从目标物的两侧相向运动，使得两个夹爪装置10自目标物的两侧共同夹持目标物。如此，方便对位移速度较慢的目标物进行捕获。

具体地，在一些实施例中，两个夹爪装置10在初始时，即获取到有目标物存在的信息后，均处于第一工作状态。两个夹爪装置10和目标物接触，部分目标物陷入其中一个夹爪装置10的柔性囊袋120，部分目标物陷入另一个夹爪装置10的柔性囊袋120。当两个柔性囊袋120对目标物的包裹面积之和大于或等于设定变压面积时，切换两个夹爪装置10的工作状态至第二工作状态，完成对目标物的捕获。

在另一些实施例中，一个夹爪装置10在初始时，即获取到有目标物存在的信息后，处于第一工作状态，另一个夹爪装置10处于第二工作状态。两个夹爪装置10和目标物接触，处于第二工作状态的夹爪装置10将目标物推入处于第一工作状态的夹爪装置10的柔性囊袋120中，当处于第一工作状态的夹爪装置10对目标物的包裹面积大于或等于设定变压面积时，将其工作状态切换至第二工作状态，完成对目标物的捕获。

通过调整夹爪装置10的位移方向和数量，可以实现对不同运动状态的目标物的捕捉，增强空间机器人的泛用性。

在一些实施例中，空间机器人30设有目标物识别特征，当摄像模组32识别到的目标物上的特征符合目标物识别特征时，控制组件34控制夹爪装置10 对目标物识别特征进行捕获。如此，一方面可以以相对较小的动力代价，实现对目标物的捕获，节约动力源，并且捕获效果更佳。另一方面，对超过最大捕获面积的物体也能进行捕获，扩大空间机器人30的使用范围。

具体地，目标物识别特征可以是台阶、螺纹、凸杆、凸台等特征，夹爪装置10对目标物识别特征进行针对性捕获，在固定夹持住目标物识别特征后，拖拽目标物，实现对目标物的捕获。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”、“设置于”、“固设于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。进一步地，当一个元件被认为是“固定连接”另一个元件，二者可以是可拆卸连接方式的固定，也可以不可拆卸连接的固定，如套接、卡接、一体成型固定、焊接等，在传统技术中可以实现，在此不再累赘。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本公开的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开的发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本公开的保护范围。