基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法，建造系统包括设置在机架上的原料储存箱、截面建造机械臂、截面建造单元、拓展建造机械臂和拓展建造单元，截面建造机械臂将设置在原料储存箱中的球节和链杆输入到截面建造单元中，截面建造单元将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂将截面建造单元输出的截面输入到拓展建造单元中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。本发明专利技术采用不同的球节和链杆能够搭建多种几何构型的空间结构；具有零件素材可拆卸，能够重复利用；桁架具有较高的占空比的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法
本专利技术属于航空航天领域，尤其是涉及一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法。
技术介绍
现阶段用于航空航天领域的大型空间桁架，指的是展开状态后长度大于50m的空间桁架，有些如太阳能电池板支撑架、通讯天线阵列背架、大型空间反射镜背架，都是采用可折展型结构，在地面上制造完毕，收拢发射后在太空中进行展开。但这种折展型的空间大型桁架结构，有以下缺点：1、可折展机构折叠后形状不规则，放置在运载火箭的仪器舱中，空间利用率不高；2、当可折展机构建造完毕后，只能展开成一种几何构型的空间结构；3、大型可折展机构结构复杂，任何一个部位在展开过程中出现故障都有可能导致展开失败；4、可折展机构的可靠性随尺寸的增大而急剧降低，因此采用可折展机构无法完成超大型空间结构的建造；5、可折展机构的刚度较小，无法满足空间力学实验平台，飞船挂靠平台等一些大刚度需求的空间结构的刚度要求。所以要想在航天领域，突破火箭整流罩包络限度，实现大形桁架的铺设，桁架就应该有较大的占空比，占空比就是展开的桁架所占空间体积和桁架素材所占空间体积。要想实现高占空比的空间桁架，素材就应该具有相似性，且可重复自主建造。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法，来解决现有技术下，可折展型的大型空间结构发射时空间利用率不高(折叠后的尺寸受运载火箭仪器仓的尺寸限制)、展开过程中故障率高、仅能实现单一空间构型的问题，并且本系统采用不同的球节和链杆能够搭建多种几何构型的空间结构；具有零件素材可拆卸，能够重复利用；桁架具有较高的占空比的特点。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，包括设置在机架上的原料储存箱、截面建造机械臂、截面建造单元、拓展建造机械臂和拓展建造单元，所述的截面建造机械臂将设置在原料储存箱中的球节和链杆输入到截面建造单元中，截面建造单元将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂将截面建造单元输出的截面输入到拓展建造单元中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。进一步的，所述原料储存箱包括正交链杆储存箱、球节储存箱和斜交链杆储存箱，所述的正交链杆储存箱内设有若干正交连杆，所述的球节储存箱内设有若干球节，所述的斜交链杆储存箱内设有若干斜交链杆；所述的正交链杆包括正交链杆杆轴和设置在正交链杆杆轴两端的正交链杆卡头，所述的斜交链杆包括斜交链杆杆轴和设置在斜交链杆杆轴两端的斜交链杆卡头，所述的斜交链杆杆轴的中部为可伸缩的记忆杆轴。进一步的，所述截面建造机械臂和所述拓展建造机械臂的末端均设有一执行器，所述的执行器包括固定在连接面板上的两组正交弹性卡爪、一组斜交弹性卡爪和驱动一组斜交弹性卡爪的拉伸组件，两组所述的正交弹性卡爪平行设置在连接面板的两端，一组斜交弹性卡爪设置在连接面板的中部，所述的拉伸组件包括执行器电动机和设置在执行器电动机两侧的输出轴，每个所述的输出轴均带动一丝杠旋转，每个所述丝杠均带动一丝母移动，两个丝杠的螺纹旋向相反设置；每组正交弹性卡爪包括两个正交链杆爪，每组斜交弹性卡爪包括两个斜交链杆爪，所述丝母和斜交链杆爪一一对应固定连接。进一步的，所述截面建造单元包括设置在机架上的固定组件和移动组件，所述的固定组件包括固定扣具、设置在固定扣具上的固定卡扣和四个正交夹持爪，所述的移动组件包括截面建造电动机、由截面建造电动机带动的截面建造丝杠、与截面建造丝杠配合的移动丝母、固定在移动丝母上的移动扣具、固定在移动扣具上的移动卡扣，四个正交夹持爪围成正方形设置在固定扣具和移动扣具之间的机架上，四个正交夹持爪与固定扣具和移动扣具的位置相对应设置。进一步的，所述拓展建造单元包括设置在支撑板上的单榀夹紧单元、底面建造单元、装配组合单元和单榀换位单元；所述的单榀夹紧单元为两组平行设置的单榀夹具组件，所述的底面建造单元设置在两组单榀夹具组件之间，所述的装配组合单元设置在靠近截面建造单元布置的单榀夹具组件的一侧，所述的单榀换位单元设置在远离截面建造单元布置的单榀夹具组件的一侧，所述的装配组合单元将两组单榀夹具组件上夹持的截面装配成立体结构，所述的单榀换位单元将装配完成的立体结构进行换位。进一步的，每组所述的单榀夹具组件包括夹紧电动机和由夹紧电动机驱动的夹紧丝杠，所述的夹紧丝杠为双向丝杠，在夹紧丝杠的两段旋向不同的螺纹上设置有第一夹紧丝母与第二夹紧丝母，第一夹紧丝母和第二夹紧丝母上各固定一个单榀夹具，两个所述的单榀夹具的相应位置上设有夹持截面用的球节卡扣；所述的装配组合单元包括装配组合电动机、由装配组合电动机驱动的装配组合丝杠、设置在装配组合丝杠上的装配组合丝母和固定在装配组合丝母上的装配组合移动座，所述的装配组合移动座上设有供靠近截面建造单元设置的单榀夹具组件夹紧或放松截面时导向用的第一导轨；所述的单榀换位单元包括工位转换电动机、由工位转换电动机驱动的工位转换丝杠、设置在工位转换丝杠上的工位转换丝母和固定在工位转换丝母上的单榀换位移动座，所述的单榀换位移动座上设有供远离截面建造单元设置的单榀夹具组件夹紧或放松截面时导向用的第二导轨，所述的支撑板上设有用于单榀换位移动座和装配组合移动座移动导向用的第三导轨；所述的底面构造单元包括设置在升降平台上的卡爪组件、升降接收链杆传动组件和底面斜交杆装配拉伸传动组件，所述的升降接收链杆传动组件控制所述卡爪组件的升降，所述的底面斜交杆装配拉伸组件控制底面斜交链杆的装配；所述的卡爪组件包括与两组单榀夹具组件位置相对应的两个正交卡爪和四个斜交卡爪，四个斜交卡爪两两分成一组，且分别设置在由两组单榀夹具组件中的四个单榀夹具围成的方形截面的两条对角线上，四个斜交卡爪和两个正交卡爪心在一个平面上；所述的升降接收链杆传动组件包括设置在支撑板下部的升降电机、由升降电机带动的升降丝杠和与升降丝杠配合的升降丝母，所述的升降丝母固定在升降平台上；所述的底面斜交杆装配拉伸传动组件包括设置在支撑板下部的斜交卡爪电动机和由斜交卡爪电动机带动的斜齿轮组，所述的斜齿轮组将运动传递到轴上，所述的轴上固定设有大齿轮，所述的大齿轮与小齿轮啮合，所述的小齿轮与第一装配拉伸丝杠固连，所述的第一装配拉伸丝杠为双向丝杠，且中间段为蜗杆，在第一装配拉伸丝杠的两段旋向不同的螺纹上设置有第一装配拉伸丝母与第二装配拉伸夹紧丝母，第一装配拉伸丝母和第二装配拉伸丝母上各固定一个斜交卡爪，所述的蜗杆与涡轮配合，所述的涡轮固定设置在第二装配拉伸丝杠上，所述的第二装配拉伸丝杠为双向丝杠，在第二装配拉伸丝杠的两段旋向不同的螺纹上设置有第三装配拉伸丝母与第四装配拉伸夹紧丝母，第三装配拉伸丝母和第四装配拉伸丝母上各固定一个斜交卡爪。进一步的，各存储箱上均设有被截面建造机械臂上的探头识别的二维码。进一步的，所述的第一导轨和第二导轨平行设置，所述的第三导轨为平行设置的两个导轨，且第三导轨与第一导轨垂直设置。进一步的，所有导轨的两侧均配有行程开关，且每个单榀夹具均配有磁栅尺，每个斜交卡爪均配备有磁栅尺。一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造方法，包括(1)建造截面利用截面建造机械臂从球节储存箱取出四个球节，安放在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：包括设置在机架上的原料储存箱(1)、截面建造机械臂(2)、截面建造单元(3)、拓展建造机械臂(4)和拓展建造单元(5)，所述的截面建造机械臂(2)将设置在原料储存箱(1)中的球节和链杆输入到截面建造单元(3)中，截面建造单元(3)将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂(4)将截面建造单元(3)输出的截面输入到拓展建造单元(5)中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。

【技术特征摘要】
1.一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：包括设置在机架上的原料储存箱(1)、截面建造机械臂(2)、截面建造单元(3)、拓展建造机械臂(4)和拓展建造单元(5)，所述的截面建造机械臂(2)将设置在原料储存箱(1)中的球节和链杆输入到截面建造单元(3)中，截面建造单元(3)将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂(4)将截面建造单元(3)输出的截面输入到拓展建造单元(5)中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。2.根据权利要求1所述的基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：所述原料储存箱(1)包括正交链杆储存箱(1-5)、球节储存箱(1-6)和斜交链杆储存箱(1-7)，所述的正交链杆储存箱(1-5)内设有若干正交连杆(1-1)，所述的球节储存箱(1-6)内设有若干球节(1-4)，所述的斜交链杆储存箱(1-7)内设有若干斜交链杆(1-2)；所述的正交链杆(1-1)包括正交链杆杆轴(1-1-2)和设置在正交链杆杆轴(1-1-2)两端的正交链杆卡头(1-1-1)，所述的斜交链杆(1-2)包括斜交链杆杆轴(1-2-2)和设置在斜交链杆杆轴(1-2-2)两端的斜交链杆卡头(1-2-1)，所述的斜交链杆杆轴(1-2-2)的中部为可伸缩的记忆杆轴(1-2-3)。3.根据权利要求2所述的基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：所述截面建造机械臂(2)和所述拓展建造机械臂(4)的末端均设有一执行器(6)，所述的执行器(6)包括固定在连接面板(6-10)上的两组正交弹性卡爪、一组斜交弹性卡爪和驱动一组斜交弹性卡爪的拉伸组件，两组所述的正交弹性卡爪平行设置在连接面板(6-10)的两端，一组斜交弹性卡爪设置在连接面板(6-10)的中部；所述的拉伸组件包括执行器电动机(6-4)和设置在执行器电动机(6-4)两侧的输出轴(6-8)，每个所述的输出轴(6-8)均带动一丝杠(6-2)旋转，每个所述丝杠(6-2)均带动一丝母移动，两个丝杠(6-2)的螺纹旋向相反设置；每组正交弹性卡爪包括两个正交链杆爪，每组斜交弹性卡爪包括两个斜交链杆爪，所述丝母和斜交链杆爪一一对应固定连接。4.根据权利要求3所述的基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：所述截面建造单元包括设置在机架上的固定组件和移动组件，所述的固定组件包括固定扣具(3-9)、设置在固定扣具(3-9)上的固定卡扣(3-8)和四个正交夹持爪，所述的移动组件包括截面建造电动机(3-1)、由截面建造电动机(3-1)带动的截面建造丝杠(3-2)、与截面建造丝杠(3-2)配合的移动丝母(3-3)、固定在移动丝母(3-3)上的移动扣具(3-4)、固定在移动扣具(3-4)上的移动卡扣(3-5)，四个正交夹持爪围成正方形设置在固定扣具(3-9)和移动扣具(3-4)之间的机架上，四个正交夹持爪与固定扣具(3-9)和移动扣具(3-4)的位置相对应设置。5.根据权利要求4所述的基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：所述拓展建造单元(5)包括设置在支撑板(5-1)上的单榀夹紧单元(5-2)、底面建造单元(5-3)、装配组合单元(5-4)和单榀换位单元(5-5)；所述的单榀夹紧单元(5-2)为两组平行设置的单榀夹具组件，所述的底面建造单元(5-3)设置在两组单榀夹具组件之间，所述的装配组合单元(5-4)设置在靠近截面建造单元(3)布置的单榀夹具组件的一侧，所述的单榀换位单元(5-5)设置在远离截面建造单元(3)布置的单榀夹具组件的一侧，所述的装配组合单元(5-4)将两组单榀夹具组件上夹持的截面装配成立体结构，所述的单榀换位单元(5-5)将装配完成的立体结构进行换位。6.根据权利要求5所述的基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，其特征在于：每组所述的单榀夹具组件包括夹紧电动机(5-2-1)和由夹紧电动机(5-2-1)驱动的夹紧丝杠(5-2-2)，所述的夹紧丝杠(5-2-2)为双向丝杠，在夹紧丝杠(5-2-2)的两段旋向不同的螺纹上设置有第一夹紧丝母(5-2-2)与第二夹紧丝母(5-2-7)，第一夹紧丝母(5-2-2)和第二夹紧丝母(5-2-7)上各固定一个单榀夹具，两个所述的单榀夹具的相应位置上设有夹持截面用的球节卡扣(5-2-5)；所述的装配组合单元(5-4)包括装配组合电动机(5-4-1)、由装配组合电动机(5-4-1)驱动的装配组合丝杠(5-4-3)、设置在装配组合丝杠(5-4-3)上的装配组合丝母(5-4-4)和固定在装配组合丝母(5-4-4)上的装配组合移动座(5-4-2)，所述的装配组合移动座(5-4-2)上设有供靠近截面建造单元(3)设置的单榀夹具组件夹紧或放松截面时导向用的第一导轨；所述的单榀换位单元(5-5)包括工位转换电动机(5-5-1)、由工位转换电动机(5-5-1)驱动的工位转换丝杠(5-5-2)、设置在工位转换丝杠(5-5-2)上的工位转换丝母(5-5-3)和固定在工位转换丝母(5-5-3)上的单榀换位移动座(5-5-4)，所述的单榀换位移动座(5-5-4)上设有供远离截面建造单元(3)设置的单榀夹...

【专利技术属性】
技术研发人员：马超，姜维康，李鹏，姜生元，刘飞，李红建，李国旺，邓宗全，徐传喜，杨东升，姚旗，韩建超，张佳朋，李茂伟，沈晓宇，黄宁，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23