随着人类对空间环境探索的不断深入,导致失去作用且影响空间安全的飞行器数量日益增加。此类飞行器及其产生的碎片具有极快的飞行速度和巨大的杀伤能力。面对这种不确定威胁,世界各航天大国均对空间碎片的清理工作展开了深入的研究。针对此研究背景,提出了一种既具有环境共融能力,又能实现空间碎片捕获的抓捕机构,并着重围绕机构中的连续型机器人展开深入的理论研究与实验验证工作。主要研究工作内容如下:(1)抓捕机构的结构设计。根据碎片捕获过程中可能存在的基本问题,设计了兼具姿态调整能力、碎片尺寸自适应能力以及捕获能力的抓捕机构。其中,利用Inventor建立了机构的三维模型,并对各模块进行了功能介绍;采用3D打印技术实现了非标准件的制造;着重设计了在抓捕机构中起到执行功能的连续型机器人,并以此作为后续理论研究工作的研究对象。(2)连续型机器人的运动学建模与仿真。针对连续型机器人在变形过程中的运动学问题,采用D-H(Denavit-Hartenberg)法建立了机器人各单元之间的姿态变换关系;通过分析机器人各状态量之间的映射关系、等曲率模型的误差存在原因,确立了机器人的运动学模型;通过MATLAB仿真了连续型机器人的运动空间、关节变量与驱动量之间的关系。(3)连续型机器人的动力学建模与仿真。为了研究连续型机器人的动力学问题,推导了机器人的各单元矩阵,并采用绝对节点坐标法建立了机器人的动力学模型;针对微分-代数形式的动力学方程,利用保辛方法实现了动力学方程的数值求解;依托瞬时最优控制方法完成了机器人的动力学控制研究;通过MATLAB仿真了连续型机器人在不同驱动情况下的动力学响应以及动力学控制效果。(4)连续型机器人的验证平台设计与实验研究。为了验证连续型机器人的运动学模型、动力学模型的正确性,构建了机器人的实验验证平台,该平台集成了机器人硬件结构与传感器、基于LabVIEW的上位机软件、基于图像技术的摄影测量设备;通过MATLAB和实验测量相联合的方法,开展了机器人运动学实验、静力学实验、动力学实验验证工作,验证了所构建模型的正确性。