【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于空间技术在轨组装领域，具体涉及基于自主规划空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装构建方法。
技术介绍
1、随着空间科学技术的不断发展，空间设备功能的日益完善，太空已经成为各大科技强国的竞争新战场，建造功能更为强大的大型空间基础设施的需求日益迫切。空间太阳能电站作为空间太阳能开发与利用的重要基础设施，是最有可能提供大规模稳定能源的方式。mw级空间太阳能电站尺度达到公里级，涉及到大功率薄膜电池阵发电、超大尺度百米级微波发射天线以及全桁架承力结构。受到运载能力限制，大型空间设备难以通过传统的一体化发射方式直接送入太空，需要采用模块化设计、多次发射入轨，通过空间在轨组装构建的新模式进行建造，是典型的的超大尺度模块化在轨组装结构。
2、国外早在上世纪70年代就开展了有关在轨组装的技术研究，包括nasa马绍尔空间飞行中心提出的静止轨道平台、nasa提出的地球科学静止轨道平台，以及各类模块化航天器平台、空间太阳能电站系统、国际空间站系统等等。各国针对模块化程度非常高的大型空间结构，先后提出了多个模块组装层次的构建方案，如针对大型星载天线的“蜻蜒”计划、针对兆瓦级太阳能电站地电池阵的大型结构系统太空组装项目(salssa)、针对大孔径光学设备的光学孔径空间自组装项目(oasis)等等。国际上已提出skyworker、robonaut2、talisman等多种在轨组装机器人，用于在轨装配、检测与维护任务，具有自主移动载荷的能力，其设计覆盖范围达到数千米，载重量达到吨级，已开展了原理样机的协同操作地面实验，并计划在未来2-
3、随着商业可重复发射的成本不断下降，空间机器人技术成熟度不断提高，使得空间太阳能电站的部署成为可能，但还存在以下挑战：
4、(1)目前以空间站为代表的舱段式航天器的自主交会对接相对成熟，规模具有一定局限性。
5、(2)以太空望远镜为代表的集中式航天器的在轨组装需求相对集中，空间机器人在核心平台上进行协同操作，无法适应公里级以上的大尺度模块化结构组装。
6、(3)空间太阳能电站的在轨组装构建中，极大数量标准化组装模块的快速组装、远距离的模块运输、大跨度可展开结构模块的多点协同操作、空间机器人长时间在轨操作等特点问题，目前提出的在轨组装操作系统并不能很好的解决。
7、(4)目前提出的大型天线及望远镜组装方法，大量五边形、六边形模块的运用，使得组装结构连接关系复杂，非边缘位置的组装模块难以进行维修替换。
8、空间太阳能电站这类典型的超大尺度模块化结构，组装模块数量巨大，需通过多组细分功能的空间组装机器人通过在轨的自主组装规划协同操作来实现mw级功率、公里级尺度的在轨组装任务，需提出更加智能化、标准化的，对柔性结构协同操作能力更强，适应任务时间更长、包络更大的在轨组装构建方法。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于自主规划空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装构建方法，提供高度智能化、标准化的在轨组装构建方法，实现低消耗、高效率、高可靠性的在轨组装方案。
2、本专利技术的技术方案为：
3、一方面，
4、本专利技术提出一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，包括：停泊平台(210)、自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)；通过一组或两组自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)实现空间太阳能电站的在轨组装操作；
5、由一组机器人实现在轨组装过程为：
6、从地面将空间太阳能电站的组装模块组合体上行后，由停泊平台机械臂(212)将所述组装模块组合体对接至停泊平台(210)上的模块停泊接口(211)；自由飞行机器人(220)通过操作机械臂(221)抓取在模块停泊接口(211)上的折叠状态的组装模块组合体，同时，模块停泊接口(211)与组装模块组合体解锁；自由飞行机器人(220)与组装模块组合体一同飞行至桁架附着式机器人(230)的桁架操作机械臂(231)操作范围内悬停；桁架操作机械臂(231)抓取所述组装模块组合体，组装模块组合体与自由飞行机器人(220)解锁；桁架附着式机器人(230)完成折叠状态的组装模块组合体的对接操作，完成锁定；组装模块组合体完成在轨展开；控制分系统将组装完成的组装模块组合体调整至运行姿态；
7、由两组机器人实现在轨组装过程为：
8、组装模块组合体上行后由停泊平台操作机械臂(212)对接至停泊平台(210)的模块停泊接口(211)；自由飞行机器人(220)通过操作机械臂(221)抓取在模块停泊接口(211)上的折叠状态的组装模块组合体，模块停泊接口(211)与组装模块组合体解锁；自由飞行机器人(220)与组装模块组合体共同飞行至桁架附着式机器人(230)的桁架操作机械臂(231)操作范围内悬停；桁架操作机械臂(231)抓取组装模块组合体，组装模块组合体与自由飞行机器人(220)解锁；组装模块组合体在与桁架附着式机器人(230)连接的状态下，完成组装模块组合体的在轨展开；另一操作点的桁架附着式机器人(230)对展开的组装模块组合体进行捕获；由两个操作位置的桁架附着式机器人(230)进行协同操作，完成组装模块组合体两端的组装锁定；控制分系统将组装完成的组合体调整至运行姿态。
9、进一步的，所述空间太阳能电站包括：主支撑模块(110)、主桁架模块(120)、导电旋转关节模块(130)、电池阵模块(140)和天线阵模块(150)；其中主桁架模块(120)又分为电池阵主桁架模块(121)、天线阵主桁架模块(122)；
10、主支撑模块(110)以及主桁架模块(120)构成了空间太阳能电站的主体结构承力框架，功能模块通过上述桁架结构进行安装和铺设；其中，电池阵主桁架模块(121)与导电旋转关节模块(130)间隔相连，电池阵模块(140)安装在导电旋转关节模块(130)上，实现旋转对日定向，进行能量的收集与转换；天线阵模块(150)铺设在由天线阵主桁架模块(122)组成的框架上，将转化的电能以微波的形式通过无线能量传输输送回到地面电网。
11、进一步的，所述空间组装机器人包括自由飞行机器人(220)、桁架附着式机器人(230)，自由飞行机器人(220)将多个模块，从停泊平台远距离运输至组装位置，桁架附着式机器人(230)附着在桁架结构上，在组装位置，完成组装对接操作。
12、进一步的，所述自由飞行机器人(220)包括机器人本体、模块接口(221)、停泊接口(222)、操作机械臂(223)和无线充电模块(224)；
13、自由飞行机器人(220)采用电推力器，通过在空间自由飞行实现停泊平台(210)和组装位置之间对组装模块进行运输；机器人本体上设有模块接口(221)用于携带组装模块，停泊接口(222)用于停泊至停泊平台(2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于包括：停泊平台(210)、自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)；通过一组或两组自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)实现空间太阳能电站的在轨组装操作；
2.根据权利要求1所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述空间太阳能电站包括：主支撑模块(110)、主桁架模块(120)、导电旋转关节模块(130)、电池阵模块(140)和天线阵模块(150)；其中主桁架模块(120)又分为电池阵主桁架模块(121)、天线阵主桁架模块(122)；
3.根据权利要求2所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述空间组装机器人包括自由飞行机器人(220)、桁架附着式机器人(230)，自由飞行机器人(220)将多个模块，从停泊平台远距离运输至组装位置，桁架附着式机器人(230)附着在桁架结构上，在组装位置，完成组装对接操作。
4.根据权利要求3所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于
5.根据权利要求3所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述桁架附着式机器人(230)包括附着机器人本体、桁架操作机械臂(231)、桁架附着系统(232)、模块接口(233)和无线充电模块(234)；
6.根据权利要求3所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述停泊平台(210)包括：模块停泊接口(211)、停泊平台机械臂(212)、机器人停泊接口(213)、无线充电模块(214)；
7.一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于：所述步骤一进行主支撑模块(110)、自由飞行机器人(220)、桁架附着式机器人(230)的部署，具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于：所述步骤二：进行电池阵主桁架模块(121)、导电旋转关节模块(130)的典型线性在轨组装，具体为：
10.根据权利要求9所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于：所述步骤三进行电池阵模块(140)的在轨组装，具体为：
11.根据权利要求10所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于：所述步骤四进行天线阵主桁架模块(122)的大跨度协同在轨组装，具体为：
12.根据权利要求11所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装方法，其特征在于：所述步骤五进行天线阵组装模块(150)的大跨度协同在轨组装，具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于包括：停泊平台(210)、自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)；通过一组或两组自由飞行机器人(220)和桁架附着式机器人(230)实现空间太阳能电站的在轨组装操作；
2.根据权利要求1所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述空间太阳能电站包括：主支撑模块(110)、主桁架模块(120)、导电旋转关节模块(130)、电池阵模块(140)和天线阵模块(150)；其中主桁架模块(120)又分为电池阵主桁架模块(121)、天线阵主桁架模块(122)；
3.根据权利要求2所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述空间组装机器人包括自由飞行机器人(220)、桁架附着式机器人(230)，自由飞行机器人(220)将多个模块，从停泊平台远距离运输至组装位置，桁架附着式机器人(230)附着在桁架结构上，在组装位置，完成组装对接操作。
4.根据权利要求3所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述自由飞行机器人(220)包括机器人本体、模块接口(221)、停泊接口(222)、操作机械臂(223)和无线充电模块(224)；
5.根据权利要求3所述的一种基于空间组装机器人的空间太阳能电站在轨组装系统，其特征在于：所述桁架附着式机器人(230)包括附着机器人本体、桁架操作机械臂(231)...
【专利技术属性】
技术研发人员：成正爱，陈颖，侯欣宾，王立，黄小琦，姚娜，周璐，刘自立，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。