航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统及实验方法技术方案

本申请公开了一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统及实验方法，地面模拟系统置于工作台上，地面模拟系统包括：投影组件，用于将在轨模型投影至工作台上；重力补偿组件，包括滑动安装在工作台上的第一架体，第一架体上设有滑动的调节架，调节架上设有可沿自身轴线旋转的绕杆，绕杆上缠绕有吊绳，吊绳自由端与维修工具可拆卸连接；夹持组件，包括滑动安装在工作台上的第二架体，第二架体上设有可滑动的升降板，升降板上设有可绕第一轴线旋转的插接头，插接头与工件可拆卸连接；障碍模拟组件，包括滑动安装在工作台上的第三架体，第三架体上设有机械臂，机械臂靠近工作空间一端设有仿形件，仿形件上设有可供航天员进入的限位空间。限位空间。限位空间。

【技术实现步骤摘要】
航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统及实验方法


[0001]本公开涉及舱外维修领域，具体涉及一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统及实验方法。

技术介绍

[0002]近年来我国正在加速空间站建设，由于空间站在轨航天员需要经常进行舱外活动完成设备安装、维修等舱外任务，前期对于舱外任务的操作模拟及可行性分析尤为重要。第一，需要确定舱外维修工具方案的可行性，根据模拟试验情况进行适应性改进；第二，需要确定航天员操作的具体姿态和位置，为真正太空在轨操作提供参考；第三，为航天员提供地面训练环境。
[0003]由于太空为零重力环境，操作设备时无重力影响，而地面模拟验证时某些设备重量过大，试验中徒手操作设备极其困难，某些试验操作项目无法操作，并且在重力的影响下，试验缺乏准确性，无法准确模拟太空中的操作力，为此航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统首先要解决零重力模拟问题。然后由于太空舱外操作实际工况多，环境复杂，需要模拟真实场景，且地面试验航天员只能保持直立姿态进行操作，为提前发现磕碰、遮挡等问题，还需要针对航天员直立姿态构建一套可调姿的环境模拟装置和操作对象姿态模拟装置。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统。
[0005]第一方面，一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，置于工作台上，包括：
[0006]投影组件，用于将在轨模型投影至工作台上；
[0007]重力补偿组件，包括滑动安装在所述工作台上的第一架体，所述第一架体上设有沿第一方向滑动的调节架，所述调节架上设有可沿自身轴线旋转的绕杆，所述绕杆上缠绕有吊绳，所述吊绳自由端与所述维修工具可拆卸连接；
[0008]夹持组件，包括滑动安装在所述工作台上的第二架体，所述第二架体上设有可沿第二方向滑动的升降板，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述升降板上设有可绕第一轴线旋转的插接头，所述插接头与所述工件可拆卸连接；
[0009]障碍模拟组件，包括滑动安装在所述工作台上的第三架体，所述第三架体与所述第一架体、所述第二架体之间设有可供航天员进行维修作业的工作空间，所述第三架体上设有机械臂，所述机械臂靠近所述工作空间一端设有仿形件，所述仿形件上设有可供航天员进入的限位空间。
[0010]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一架体上设有沿第一方向延伸的滑轨，所述调节架上设有滑轮，所述滑轮嵌设在所述滑轨上，且可沿所述滑轨延伸方向滑动。
[0011]根据本申请实施例提供的技术方案，所述滑轨靠近所述工作空间一端设有限位块，所述限位块与所述调节架相抵，用于对所述调节架进行滑动限位。
[0012]根据本申请实施例提供的技术方案，所述吊绳自由端设有万向组件，所述维修工具一端与所述吊绳连接，另一端与所述万向组件连接。
[0013]根据本申请实施例提供的技术方案，所述万向组件包括：
[0014]外环，所述外环上设有可沿自身轴线旋转的连接轴，所述外环内壁设有第一环形槽，且所述连接轴与所述吊绳自由端连接；
[0015]内环，所述内环同轴嵌套在所述外环内，且所述内环外壁设有第二环形槽；
[0016]滚珠，所述滚珠一端与所述第一环形槽相抵，另一端与所述第二环形槽相抵；
[0017]连接环，所述连接环嵌套在所述外环与所述内环之间，且所述连接环上设有限位孔，所述滚珠位于所述限位孔内，所述连接环与所述维修工具连接。
[0018]根据本申请实施例提供的技术方案，所述机械臂组件包括第一转臂和第二转臂，所述第一转臂可绕第二轴线旋转地安装在所述第三架体上，所述第二转臂可绕第三轴线旋转地安装在所述第一转臂上，且所述第三轴线垂直所述第二轴线。
[0019]根据本申请实施例提供的技术方案，所述仿形件形状与在轨操作障碍物形状相契合。
[0020]根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一架体、所述第二架体和所述第三架体底部均设有刹车滑轮。
[0021]第二方面，一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统的实验方法，包括以下步骤：
[0022]S100.通过投影组件将在轨模型投影在工作台上；
[0023]S200.根据工作台上的投影信息，调整重力补偿组件、夹持组件和障碍模拟组件的位置，获得与实际工况相同的场地布局；
[0024]S200.将维修工具安装在吊绳上，调整维修工具姿态；
[0025]S300.将工件与第一插接部插接固定，调整所述工件姿态；
[0026]S400.将仿形件与第三架体固定，调整障碍物姿态；
[0027]S500.航天员进入仿形件的活动空间内，使用维修工具对工件进行模拟维修。
[0028]根据本申请实施例提供的技术方案，所述调整航天员与工件之间的相对位置关系，包括以下步骤：
[0029]S500
‑
1.获取航天员的三组第一响应点的坐标信息，获取工件的三组第二响应点的坐标信息；
[0030]S500
‑
2.根据三组第一响应点的坐标信息，构建第一平面，获取第一平面法向量n1；根据三组第二响应点的坐标信息，构建第二平面，获取第二平面法向量n2；
[0031]S500
‑
3.根据第一平面法向量n1和第二平面法向量n2，调整所述航天员与工件之间的相对位置关系。
[0032]本专利技术的有益效果：本申请公开一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统及实验方法，所述地面模拟模拟系统安装在工作台上，所述投影组件用于将将在轨模型投影至工作台上，所述工作台上还设有可滑动的重力补偿组件、夹持组件和障碍模拟组件。重力补偿组件包括第一架体，所述第一架体上设有沿第一方向滑动的调节架，所述调节架
上设有可沿自身轴线旋转的绕杆，所述绕杆上缠绕有吊绳，设有吊绳，所述吊绳自由端与所述维修工具可拆卸连接；夹持组件包括第二架体，所述第二架体上设有可沿第二方向滑动的升降板，所述第二方向垂直于所述第一方向，所述升降板上设有可绕第一轴线旋转的插接头，所述插接头与所述工件可拆卸连接；障碍模拟组件包括第三架体，所述第三架体与所述第一架体、所述第二架体之间设有可供航天员进行维修作业的工作空间，所述第三架体上设有机械臂，所述机械臂靠近所述工作空间一端设有仿形件，所述仿形件上设有可供航天员进入的限位空间。
[0033]首先，通过投影组件将在轨模型的投影在工作台上，根据投影信息，滑动第一架体，旋转绕杆，将维修工具的位置与姿态与投影重合；根据投影信息，滑动第二架体，滑动升降板，旋转插接头，将工件的位置、姿态与投影重合；根据投影信息，制作特定形状的仿形件，滑动第三架体，调节机械臂，使仿形件的位置、姿态与投影重合，完成地面模拟系统的搭建，航天员进入仿形组件的限位空间，使用维修工具对工件进行地面模拟维修。
[0034]通过吊绳克服重力将维修工具吊起，脱离工作台台面；通过插接头使工件脱离工作台台面，通过机械臂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，置于工作台上，其特征在于，所述地面模拟系统包括：投影组件（1），用于将在轨模型投影至工作台上；重力补偿组件，包括滑动安装在所述工作台上的第一架体（2），所述第一架体（2）上设有沿第一方向滑动的调节架（20），所述调节架（20）上设有可沿自身轴线旋转的绕杆，所述绕杆上缠绕有吊绳（21），所述吊绳（21）自由端与所述维修工具（23）可拆卸连接；夹持组件，包括滑动安装在所述工作台上的第二架体（3），所述第二架体（3）上设有可沿第二方向滑动的升降板（30），所述第二方向垂直于所述第一方向，所述升降板（30）上设有可绕第一轴线旋转的插接头（31），所述插接头（31）与所述工件（32）可拆卸连接；障碍模拟组件，包括滑动安装在所述工作台上的第三架体（4），所述第三架体（4）与所述第一架体（2）、所述第二架体（3）之间设有可供航天员（5）进行维修作业的工作空间，所述第三架体（4）上设有机械臂，所述机械臂靠近所述工作空间一端设有仿形件（42），所述仿形件（42）上设有可供航天员进入的限位空间。2.根据权利要求1所述的一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，其特征在于：所述第一架体（2）上设有沿第一方向延伸的滑轨，所述调节架（20）上设有滑轮，所述滑轮嵌设在所述滑轨上，且可沿所述滑轨延伸方向滑动。3.根据权利要求2所述的一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，其特征在于：所述滑轨靠近所述工作空间一端设有限位块，所述限位块与所述调节架（20）相抵，用于对所述调节架（20）进行滑动限位。4.根据权利要求3所述的一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，其特征在于：所述吊绳（21）自由端设有万向组件（22），所述维修工具（23）一端与所述吊绳（21）连接，另一端与所述万向组件（22）连接。5.根据权利要求4所述的一种航天员在轨操作舱外维修工具的地面模拟系统，其特征在于，所述万向组件（22）包括：外环（6），所述外环（6）上设有可沿自身轴线旋转的连接轴（60），所述外环（6）内壁设有第一环形槽，且所述连接轴（60）与所述吊绳自由端连接；内环（7），所述内环（7）同轴嵌套在所述外环（6）内，且所述内环（7）外壁设有第二环形槽；滚珠（71），所述滚珠（71）一端与所述第一环形槽相抵，另一端与所述第二环形槽相抵；连接环（8），所述连接环（8）嵌套...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅浩，王哲，范子琦，祁鹏，刘俊良，武婷婷，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：