[发明专利]空间机器人在轨精细操作的地面实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及航天器的在轨服务、目标捕获及在轨接触型操作的技术领域，特别是一种空间机器人在轨精细操作的地面实验系统。

背景技术

所谓的在轨服务,是指在太空中通过人、机器人(或类机器人卫星)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、维修和服务任务。

所谓的精细操作,是指在机器人的末端工具与被操作的对象或者环境发生接触，且产生相互作用力和力矩的情况下，执行的复杂操作。

空间机器人通过自身具备的感知和机动能力，能够自主跟踪和接近目标，并利用各种操作手段对空间目标实施在轨操控，将会在未来的在轨服务中扮演越来越重要的角色。空间机器人在执行必须与环境(操作对象)发生接触的任务时，精细操作十分的重要。由于空间环境的特殊性，在轨航天器的维护十分困难。因此在空间机器人升空前，必须对相关的规划和控制进行充分的验证，以保证在轨任务的成功。而目前已有的空间机器人地面试验系统仅仅是针对目标测量、目标捕获，并没有涉及到接触型的精细操作。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供空间机器人在轨精细操作的地面实验系统,其可克服上述缺陷，在地面验证空间机器人精细操作任务中的规划和控制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种空间机器人在轨精细操作的地面实验系统，包括工业机器人、用于模拟在轨操作工具的末端操作器和用于模拟在轨操作对象的操作对象，所述工业机器人的操作臂连接所述末端操作器，所述末端操作器用于对所述操作对象实施精细操作，所述末端操作器上安装有力传感器。

根据优选的实施例，本发明的技术方案还可能包括以下一些技术特征：

所述末端操作器包括力传感器、法兰盘底座和操作工具，所述力传感器安装在所述法兰盘底座上，所述操作工具与所述法兰盘底座可拆卸地连接。

所述法兰盘底座上设有中空的安装柱，所述安装柱的内壁形成有内螺纹，所述操作工具包括带有外螺纹的用于安装到所述安装柱内的柱体。

所述力传感器为与所述法兰盘底座贴设在一起的扁圆柱体。

所述法兰盘底座包括将所述法兰盘底座贴夹持在中间的第一座盘和第二座盘，所述第一座盘耦合到所述工业机器人的操作臂，所述第二座盘与所述操作工具可拆卸地连接。

所述操作工具为夹持工具、切割工具、钩取工具或按压工具。

所述地面实验系统包括操作台，所述操作台上安装所述操作对象或者所述操作台的台面作为所述操作对象。

所述操作台上设置有放置所述操作对象的固定孔位，所述操作对象通过与所述固定孔位匹配的插销固定于所述台面。

所述操作对象为带插孔的操作对象或具有曲面的操作对象。

所述操作台的台面上形成有曲线型或折线型的轨道。

所述工业机器人包括串联结构的6个可旋转的关节，所述6个可旋转的关节分别绕不同的轴旋转,其中每相邻的两个关节的轴线相交于一点，其中第1关节绕S轴旋转，构成腰部，第2关节绕L轴旋转，构成肩部，第3关节绕U轴旋转，构成肘部，第4关节绕R轴旋转，第5关节绕B轴旋转，第6关节绕T轴旋转，第4、第5和第6关节共同构成可活动的腕部，所对应的三个轴的轴线交点为腕部中心点，连接每相邻的两个关节之间的部分为连杆。

精细操作是在轨服务任务过程中的难点和关键技术，本发明提出以工业机器人模拟空间机器人在轨精细操作的地面实验系统，为此关键技术提供地面验证的实验平台。采用上述技术方案后，本发明可实现空间机器人在轨精细操作任务的地面验证和模拟，为在轨维修、在轨模块更换、在轨燃料加注等接触型精细操控任务的研究提供可靠的实验和验证平台。

附图说明

图1为本发明地面实验系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中的工业机器人结构示意图；

图3为本发明实施例中的末端操作器结构示意图；

图3a-图3d为本发明实施例中末端操作器的几种操作工具的结构示意图；

图4为本发明实施例中的承载操作对象的操作台面示意图；

图5a-图5d为本发明实施例中的几种操作对象的结构示意图；

图6为应用本发明实施例进行模块更换典型操作任务的示意图；

图7为应用本发明实施例进行故障维修典型操作任务的示意图。

具体实施方式