一种机器人卫星制造技术

一种机器人卫星，包括燃料储箱、变轨发动机、姿控发动机、星敏感器、太阳翼、载荷舱、第一软体臂、第二软体臂、多自由度机械臂、灵巧末端和监视相机等；燃料储箱安装在载荷舱的一端，机器人头部、中央控制器、多功能工具集、蓄电池、预留载荷舱位、在轨可更换载荷、天线、飞网、第一软体臂、第二软体臂、多自由度机械臂、监视相机均安装在载荷舱上，每个多自由度机械臂的端部均安装灵巧末端；变轨发动机、姿控发动机、星敏感器、太阳翼均与燃料储箱固连。本发明专利技术能够实现对空间目标的抱捕、网捕、精细操作、维修、燃料加注、电能加注、空间或地面目标遥感观测等。测等。测等。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人卫星


[0001]本专利技术涉及一种机器人卫星，属于空间机器人领域。

技术介绍

[0002]随着空间技术的飞速发展，空间任务及其所处环境愈发复杂，保证在轨航天器能在复杂空间环境中长时间稳定运行，已成为空间技术发展的重要目标。20世纪60年代，研究人员提出了“在轨服务”的概念，由此开创了空间在轨服务技术这一新的领域。空间在轨服务是指在太空中通过人、机器人或两者协同来完成涉及延长卫星、平台、空间站附属舱和空间运载器寿命和能力的空间装配、维护和维修等空间操作。在全球范围内，在轨服务已被多个国家和地区空间机构确定为一项支持空间自主性和扩展性的关键技术。通过对航天器的在轨维修维护，可实现故障恢复、延长寿命和功能拓展，提高在轨资源的使用效率，从单星一次性发射的使用方式向全生命周期可维修维护方式转变。初步的在轨服务与维护可以开展空间碎片清除、故障航天器维修恢复，随着在轨航天器规模快速扩大、功能越来越复杂、研制发射成本越来越高，未来的在轨服务与维护可以开展更加复杂的操作，如在轨制造、插接重构等，这将显著地改变当前的航天器研制运营格局，有可能引发全球航天工业的革命性进步。
[0003]目前，针对在轨航天器服务或维修，现有途径是通过卫星携带机械臂的方式实现，且已有在轨成功演示案例，但该种途径的主要缺点是服务或维修的航天器对象特定，且针对该特定对象可进行的服务或维修操作也较为单一。服务对象特定、操作类型单一的特点使得现有途径已不能满足日益多样且复杂的航天器在轨服务或维修，亟需提出新的在轨服务或维修技术途径。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术提出了一种可对在轨航天器进行复杂操控或维修的机器人卫星构型，其将卫星与机器人融为一体，可自主飞行、可变轨、可对目标航天器进行抱捕、加注、维修等多种操作，可实现对空间目标的抱捕、网捕、精细操作、维修、燃料加注、电能加注、空间或地面目标光学探测等。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种机器人卫星，包括燃料储箱、变轨发动机、姿控发动机、星敏感器、太阳翼、载荷舱、机器人头部、中央控制器、多功能工具集、蓄电池、预留载荷舱位、在轨可更换载荷、天线、飞网、第一软体臂、第二软体臂、多自由度机械臂、灵巧末端和监视相机；
[0006]燃料储箱安装在载荷舱的一端，机器人头部、中央控制器、多功能工具集、蓄电池、预留载荷舱位、在轨可更换载荷、天线、飞网、第一软体臂、第二软体臂、多自由度机械臂、监视相机均安装在载荷舱上，其中，机器人头部、多自由度机械臂、第一软体臂、第二软体臂位于载荷舱的另一端，监视相机安装于载荷舱的中空腔段内；每个多自由度机械臂的端部均安装灵巧末端；变轨发动机、姿控发动机、星敏感器、太阳翼均与燃料储箱固连。
[0007]进一步的，所述燃料储箱内部携带燃料，为机器人卫星提供燃料，包括机器人卫星在轨飞行时的变轨、姿轨控、以及对目标维修时燃料加注。
[0008]进一步的，所述变轨发动机实现机器人卫星的轨道机动；所述姿控发动机有四个，其中两个姿控发动机为一组安装在同一个平面上且关于载荷舱对称安装，两组姿控发动机分别位于不同平面上，用于实现机器人卫星姿态及轨道保持；所述星敏感器有三个，用于确定机器人卫星的空间位姿。
[0009]进一步的，所述太阳翼对称设置在燃料储箱两侧，用于实现机器人卫星在轨时的电能供给；蓄电池用于存储太阳翼的电能以及对机器人卫星供电。
[0010]进一步的，所述机器人头部具有俯仰及回转两个自由度，内部集成的功能包括视觉、听觉、光源、语音功能，用于机器人卫星在轨服务时对服务对象的监视，对第一软体臂、第二软体臂、多自由度机械臂操作时的过程进行监视，并对机器人卫星上其它载荷的状态进行监视；所述监视相机用于机器人卫星对地面目标或空间目标的遥感观测。
[0011]进一步的，所述第一软体臂和第二软体臂对称设置在载荷舱端部；第一软体臂端部设置燃料加注末端和第一抓捕末端，用于对服务目标进行抱捕，内部布置有管路，对服务目标进行燃料加注；第二软体臂端部设置电能加注末端和第二抓捕末端，用于对服务目标进行抱捕，内部布置有电缆，对服务目标进行电能加注；第一软体臂、第二软体臂末端的第一抓捕末端、第二抓捕末端夹持多功能工具集内部的各种工具，通过第一软体臂、第二软体臂对服务目标进行维修维护。
[0012]进一步的，所述多自由度机械臂有两个，对称设置在载荷舱的端部，与灵巧末端配合，协作完成对服务目标的精细操作，包括抓取、旋拧；多自由度机械臂通过灵巧末端夹持多功能工具集内部的各种工具，实现对服务目标的维修维护；灵巧末端为三指结构，包括第一手指、第二手指、第三手指、工具对接接口、动力输出杆和手掌，第一手指、第二手指、第三手指三者结构相同，包括若干指节，通过连杆机构实现手指弯曲；手掌上设置工具对接接口，工具对接接口中设置动力输出杆用于驱动与工具对接接口相匹配的工具；第一手指、第二手指、第三手指以工具对接接口为中心沿周向均匀安装在手掌上，第二手指、第三手指通过安装底座实现同步反向转动，实现第一手指()、第二手指、第三手指之间相对姿态调节。
[0013]进一步的，所述多功能工具集内部安装多种专用工具，包含剪刀、钳子、镊子、喷头、螺丝刀、夹具，各专用工具与灵巧末端之间均有统一的夹持接口和动力传输接口，包括夹持柱、夹持点、锥形定位孔、驱动杆，夹持柱外侧设置夹持点，夹持柱内部设置驱动杆，夹持柱端部设置锥形定位孔，锥形定位孔和驱动杆分别用于与工具对接接口和动力输出杆配合对接。
[0014]进一步的，所述预留载荷舱位为空置舱位，用于安装其它载荷；所述在轨可更换载荷用于替换服务目标的失效载荷，实现对服务目标的修复；所述天线用于机器人卫星对地、与其它航天器之间的通讯；所述飞网实现机器人卫星对空间碎片、服务目标的捕获。
[0015]进一步的，所述中央控制器为机器人卫星的控制中枢，机器人卫星上所有机构动作的执行及信息处理均由中央控制器实现。
[0016]本专利技术与现有技术相比具有以下效果：
[0017](1)本专利技术提出一种机器人卫星新构型，其将机器人与卫星设计融为一体。机器人卫星实现飞行器既是载荷平台，又是执行操作任务的主体。机器人卫星既可充当卫星，也可
充当空间机器人。本专利技术具有变轨、姿轨控等功能，可实现对空间目标的抱捕、网捕、精细操作、维修、燃料加注、电能加注、空间或地面目标遥感观测等。
[0018](2)本专利技术的机器人卫星同时配置柔性臂与多自由度机械臂，充分考虑了柔性臂非合作目标抱捕能力强、柔性抱捕冲击低、以及多自由度机械臂易于灵巧精细操作的优势，极大提高了机器人卫星的整体性能。
[0019](3)本专利技术采用的柔性臂兼具抱捕、加注、工具操作功能，与现有柔性臂仅具有抱捕功能相比，拓展了柔性臂的功能和使用领域。本专利技术的柔性机械臂，既具有传统柔性机械臂的柔顺抱捕功能，还在臂内部设计了燃料加注管路或充电线路，其具备了燃料加注、充电等功能。机器人卫星通过柔性臂可对服务目标进行燃料加注、充电等，其它航天器也可通过柔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人卫星，其特征在于，包括燃料储箱(1)、变轨发动机(2)、姿控发动机(3)、星敏感器(4)、太阳翼(5)、载荷舱(6)、机器人头部(7)、中央控制器(8)、多功能工具集(9)、蓄电池(10)、天线(13)、第一软体臂(15)、第二软体臂(16)、多自由度机械臂(17)、灵巧末端(18)和监视相机(19)；燃料储箱(1)安装在载荷舱(6)的一端，机器人头部(7)、中央控制器(8)、多功能工具集(9)、蓄电池(10)、天线(13)、第一软体臂(15)、第二软体臂(16)、多自由度机械臂(17)、监视相机(19)均安装在载荷舱(6)上，其中，机器人头部(7)、多自由度机械臂(17)、第一软体臂(15)、第二软体臂(16)位于载荷舱(6)的另一端，监视相机(19)安装于载荷舱(6)的中空腔段内；每个多自由度机械臂(17)的端部均安装灵巧末端(18)；变轨发动机(2)、姿控发动机(3)、星敏感器(4)、太阳翼(5)均与燃料储箱(1)固连。2.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述燃料储箱(1)内部携带燃料，为机器人卫星提供燃料，包括机器人卫星在轨飞行时的变轨、姿轨控以及对目标维修时燃料加注。3.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述变轨发动机(2)实现机器人卫星的轨道机动；所述姿控发动机(3)有四个，其中两个姿控发动机(3)为一组安装在同一个平面上且关于载荷舱(6)对称安装，两组姿控发动机(3)分别位于不同平面上，用于实现机器人卫星姿态及轨道保持；所述星敏感器(4)有三个，用于确定机器人卫星的空间位姿；所述天线(13)用于机器人卫星对地、与其它航天器之间的通讯。4.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述太阳翼(5)对称设置在燃料储箱(1)两侧，用于实现机器人卫星在轨时的电能供给；所述蓄电池(10)用于存储太阳翼(5)的电能以及对机器人卫星供电。5.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述机器人头部(7)具有俯仰及回转两个自由度，内部集成的功能包括视觉、听觉、光源、语音功能，用于机器人卫星在轨服务时对服务对象的监视，对第一软体臂(15)、第二软体臂(16)、多自由度机械臂(17)操作时的过程进行监视，并对机器人卫星上其它载荷的状态进行监视；所述监视相机(19)用于机器人卫星对地面目标或空间目标的遥感观测。6.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述第一软体臂(15)和第二软体臂(16)对称设置在载荷舱(6)端部；第一软体臂(15)端部设置燃料加注末端(15
‑
1)和第一抓捕末端(15
‑
2)，用于对服务目标进行抱捕，内部布置有管路，对服务目标进行燃料加注；第二软体臂(16)端部设置电能加注末端(16
‑
1)和第二抓捕末端(16
‑
2)，用于对服务目标进行抱捕，内部布置有电缆，对服务目标进行电能加注；第一软体臂(15)末端的第一抓捕末端(15
‑
2)、第二软体臂(16)末端的第二抓捕末端(16
‑
2)夹持多功能工具集(9)内部的各种工具，通过第一软体臂(15)、第二软体臂(16)对服务目标进行维修维护。7.根据权利要求1所述的一种机器人卫星，其特征在于，所述多自由度机械臂(17)有两个，对称设置在载荷舱(6)的端部，与灵巧末端(18)配合，协作完成对服务目标的精细操作，包括抓取、旋拧；多自由度机械臂(17)通过灵巧末端(18)夹持多功能工具集(9)内部的各种工具，实现对服务目标的维修维护；灵巧末端(18)为三指结构，包括第一手指(18
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵志军，王耀兵，张晓东，张亚航，肖遥，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：