一种摆臂滑车在轨组装系统

技术领域

本发明涉及一种摆臂滑车在轨组装系统，属于空间大型结构机构技术领域。

背景技术

在空间科学和军事应用领域不断提出极具挑战性的航天任务，如地外行星生命探测、电子侦察与遥感探测等，迫切需要发展百米级反射面天线、平面阵天线、太阳能阵面。传统的展开技术受折展机构运动副、运载火箭推力与整流罩包络等限制，存在折展机构复杂、在轨展开可靠性低，天线尺寸大、地面低重力模拟实验难度大等难题，无法完全满足上述超大型空间结构的构建需求。在轨组装技术解耦了火箭发射段模块之间的机械连接，可突破火箭推力、整流罩包络限制，具有结构效率高、扩展性强、可逐步升级等特性，特别适合构建大尺寸、高精度、高比刚度空间结构。然而，由于百米尺度结构的尺寸大、刚度低，难以基于百米级大挠性结构进行大质量模块堆栈的大范围搬运任务。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种摆臂滑车在轨组装系统，解决了大质量模块堆栈的大范围搬运难题，并缓解空间机器人在大挠性结构组装操作的动力学与控制问题。

本发明的技术解决方案是：一种摆臂滑车在轨组装系统，包括卫星平台、组装基座、摆臂、滑车、模块堆栈和攀爬机器人；

所述卫星平台位于中心位置，组装基座与卫星平台周边固定连接；

所述摆臂通过正交二维驱动机构与组装基座连接，摆臂根部设置有用于放置模块单元的模块堆栈，沿摆臂长度方向上设有导轨，导轨上安装一个或多个滑车；

所述滑车上装有拾取模块堆栈的机械臂；

所述攀爬机器人处于组装基座或已安装完成的模块单元上。

进一步地，所述组装基座为三角形、四边形、六边形或八边形的框架，在各个顶点或边中点设有上下两层便于与周边模块装配的组装接口

进一步地，所述摆臂包括堆栈框和伸展臂；

所述堆栈框位于根部，其内存储着待组装的模块单元；

所述伸展臂位于堆栈框的末端，该伸展臂为直线伸展机构；展开态的伸展臂与堆栈框一个侧面平齐，且在该侧面上设有贯穿堆栈框和伸展臂的导轨；所述伸展臂的末端设有天线馈源或其它设备。

进一步地，所述滑车放置于贯穿摆臂和堆栈框的导轨上，滑车与导轨之间为齿轮齿条啮合或轮轨摩擦配合，所述滑车从摆臂获取电能。

进一步地，所述模块堆栈由待组装的模块单元收拢、折叠、压紧锁定而成。

进一步地，所述攀爬机器人通过末端抓手与组装基座或已装配模块的相应接口连接，该攀爬机器人的跨度大于模块单元上相邻攀爬接口的距离。

进一步地，所述正交二维驱动机构的两个转动轴上均设置高刚度的抱闸锁定装置。

进一步地，所述模块堆栈分为若干组子堆栈，每组子堆栈分别由锁定解锁装置固定于堆栈框内。

进一步地，所述攀爬机器人通过摆臂上设置的若干充电接口充电，或者通过拖曳的电缆与组装基座连接供电。

进一步地，所述滑车上的机械臂通过模块单元下方接口抓持已组装完成的模块。

本发明满足了超大型空间结构构建目标，具体为反射面天线、平面阵天线、薄膜光学阵、太阳电池阵、空间太阳帆、空间遮光罩等，减小了一次性展开机构的尺寸和工程实施难度，简化了在轨组装操作，因此本发明的实施就有了现实的应用意义。与现有技术相比，具体具有以下有益效果：

(1)通过在轨组装技术减小了一次性展开天线的尺寸，降低了展开机构的实现难题；

(2)通过50米及以上摆臂滑车的周边旋转与径向平移，实现百米范围内的高效率到达；

(3)通过攀爬机器人本体的边装配边移动，始终处于大型组装结构的边缘，使得机器人基座-机械臂-模块单元-机器人基座的几何路径最短，形成了稳定的组装工位，便于模块单元对接与装配作业的实施。

附图说明

图1为本发明优选实施例提供的火箭整流罩包络内基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统侧视示意图；

图2为本发明优选实施例提供的基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装状态侧视示意图。

图3为本发明优选实施例提供的基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装状态俯视示意图。

图4为本发明优选实施例提供的基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装完成状态侧视示意图。

图5为本发明优选实施例提供的基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的变异方案示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种摆臂滑车在轨组装系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～5所示)：卫星平台、组装基座、摆臂、滑车、模块堆栈和攀爬机器人；所述卫星平台位于中心位置，组装基座与卫星平台周边固定连接；所述摆臂通过正交二维驱动机构与组装基座连接，摆臂根部设置有用于放置模块单元的模块堆栈，沿摆臂长度方向上设有导轨，导轨上安装一个或多个滑车；所述滑车上装有拾取模块堆栈的机械臂；所述攀爬机器人处于组装基座或已安装完成的模块单元上。

可选的，所述组装基座为三角形、四边形、六边形或八边形的框架，在各个顶点或边中点设有上下两层便于与周边模块装配的组装接口

进一步，所述摆臂包括堆栈框和伸展臂；所述堆栈框位于根部，其内存储着待组装的模块单元；所述伸展臂位于堆栈框的末端，该伸展臂为直线伸展机构；展开态的伸展臂与堆栈框一个侧面平齐，且在该侧面上设有贯穿堆栈框和伸展臂的导轨；所述伸展臂的末端设有天线馈源或其它设备。

在一种可能实现的方式中，所述滑车放置于贯穿摆臂和堆栈框的导轨上，滑车与导轨之间为齿轮齿条啮合或轮轨摩擦配合，所述滑车从摆臂获取电能。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述模块堆栈由待组装的模块单元收拢、折叠、压紧锁定而成。

在一种可能实现的方式中，所述攀爬机器人通过末端抓手与组装基座或已装配模块的相应接口连接，该攀爬机器人的跨度大于模块单元上相邻攀爬接口的距离。

可选的，在一种可能实现的方式中，所述正交二维驱动机构的两个转动轴上均设置高刚度的抱闸锁定装置。

进一步，在一种可能实现的方式中，所述模块堆栈分为若干组子堆栈，每组子堆栈分别由锁定解锁装置固定于堆栈框内。

在一种可能实现的方式中，所述攀爬机器人通过摆臂上设置的若干充电接口充电，或者通过拖曳的电缆与组装基座连接供电。

进一步，所述滑车上的机械臂通过模块单元下方接口抓持已组装完成的模块。

在本申请实施例所提供的方案中，本实施例提供基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统应用于超大型星载天线系统的在轨构建，并满足火箭整流罩包络、减小单次展开天线的尺寸、模块堆栈大范围搬运作业等设计约束。

如图1所示为火箭整流罩包络内基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统，该系统包括卫星平台1、模块堆栈3、伸展式馈源4和攀爬机器人5，以及连接卫星平台1和模块堆栈3的组装基座2。其中卫星平台1位于系统底部，与火箭对接环固定连接。卫星平台1上部与组装基座2固定连接，组装基座2与模块堆栈3之间通过二维正交旋转驱动机构连接，模块堆栈3顶部与伸展式馈源4固定连接。

如图2所示为基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装状态侧视示意图。卫星1两侧太阳翼已经展开并为卫星提供电源；组装基座2上已经安装了部分模块单元，攀爬机器人5附着于已装配模块边缘的组装工位；模块堆栈 3通过其根部的二维驱动机构31偏转一定角度，便于将模块子堆栈33运送至机器人5的附近；馈源4根部的一维伸展臂41为传统的铰接式、盘绕式或套筒式伸展机构，其上设有运输模块子堆栈33的导轨及配套的滑车32；其中模块堆栈3、一维伸展臂41等共同组成摆臂；攀爬机器人5具有沿卫星平台和已装结构6上的相应接口攀爬的能力，攀爬机器人5一端站立于已装结构边缘，另一端从滑车32上的模块子堆栈33中拾取待装模块34，并将其装配于已装结构6的边缘。

如图3所示为基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装状态俯视示意图。模块堆栈3通过其根部二维驱动机构31绕卫星中心周向360°转动，携带模块子堆栈33的滑车32沿模块堆栈3、伸展臂41上的导轨径向移动，从而将待装模块运输至所有组装工位，并递送至攀爬机器人5实施组装操作。

如图4为基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的组装完成状态侧视示意图。在结构6组装完成后，模块堆栈3绕其根部二维驱动机构偏转二竖立起来，使得馈源4到达正常工作位置。

如图5为基于摆臂滑车的攀爬机器人在轨组装系统的变异方案示意图。与图4方案相比，将二维驱动机构31由组装平台2与模块堆栈3之间，更改至模块堆栈3与伸展臂41之间。该方案的优点是通过二维驱动机构31的外移，提高了模块堆栈3所在框架的结构刚度；缺点是增大了滑车32与已装结构6 边缘的距离，为将模块子堆栈33递送至组装工位，要求滑车32增加伸缩功能，增加了系统复杂度。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。