[实用新型]一种用于空间桁架在轨组装的轮式机器人

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及基于空间在轨操作与在轨组装技术，具体为一种用于空间桁架在轨组装的轮式机器人。

【背景技术】

按照是否有人直接参与在轨组装，可以将其大体分为“有人在轨组装”和“无人在轨组装”两种类型。

(1)有人在轨组装的现有技术

有人在轨组装即通过宇航员对一系列大型空间结构进行手动装配。美国在这方面具有先导性的经验并进行了一系列探索。1973年，美国成功对天空实验室实现了在轨模块的更换和维护等在轨操作，首次成功验证在轨组装的可行性。1990年4月哈勃空间望远镜搭载“发现号”航天飞机发射升空，此后NASA和ESA前后对其进行了共计5次大规模的在轨维护工作，航天员在舱外为其更换、添加模块，有效延长了哈勃望远镜的使用寿命。

有人在轨组装技术通过上面的应用已经被证明是一种在轨装配空间桁架机构的有效方法，由于有人的直接参与，所以任务体现出了很高的灵活性与智能性，能够对实际操作中出现但事先未进行考虑的问题进行很好的解决。但是随之而来，这种方法的局限性也就暴露了出来：首先，面对复杂的空间环境，航天员在舱外的操作活动会对其安全构成极大的威胁，而且在这种情况下，航天员很难承受较重的工作负荷，所以这种方法面对庞大复杂的空间结构时，也面临着操作的不可实施性；此外，从成本方面考虑，航天员直接参与到在轨组装中，会极大提高在轨组装的成本。从上面几个方面来考虑，有人在轨组装需要找到更有效，更安全的替代方法。

(2)无人在轨组装现有技术

无人在轨组装是指借助空间机器人、机械臂等装置通过地面遥控或者自主操作进行的在轨组装。早在上世纪90年代，美国开始重点着手于自主性较高的空间在轨组装试验的研究，例如NASA的Langley研究中心开始研制空间组装的遥操作系统，并成功搭建了图1中的空间结构。而这些试验中，“轨道快车(Orbital Express)”计划具有较强的代表性。它于1999年11月提出，主要由目标卫星NEXTSat与服务卫星ASTRO两颗卫星共同组成。其中，服务星安装有机械臂等进行空间组装、在轨服务的部分，而目标星则是对失效卫星进行模拟。此试验可以实现对目标星的捕获与对接、模块替换等操作。除了上面提到的空间操控机器人之外，还有很多研究机构开始进行自主机器人的研究。例如CMU的SkyWorker，可以进行大范围高载荷的空间操作；NASA的约翰逊航天中心也开发了一种人形的空间机器人Robonaut，目的是为了模拟宇航员进行操作；NASA的喷气推进实验室的LEMUR是一种小型六足机器人，基于其体积小的优点，可以进行狭小区域的精密装配与日常检查、维护的任务。F.Nigl和S.Li等人开发了一种可以三维巡游的桁架搭建机器人，它能到达桁架任意位置拆卸和安装杆件，并设计了独特的杆件和接头。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服现有在轨组装成本高、自主性低等问题，提供一种用于空间桁架在轨组装的轮式机器人。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于空间桁架在轨组装的轮式机器人，包括电源模块、控制器、执行器及传感器；

电源模块，将12V锂电池的电压转化为各个模块所需要的5V、3.3V以及15V电压；

单片机，通过传感器返回的信号进行工况的判断，并发送信号给执行器，使得执行器能够输出期望的运动；

传感器，包括摄像头以及红外传感器，用于检测和测量外界信息，并将信息返回给单片机进行处理，让单片机知道现在所处的环境而给出相应的指令；

执行器包括前轮部分和后轮部分，以及连接前轮部分和后轮部分的转向变形机构；前轮部分包括两组用于控制前轮夹持或离开桁架的前轮执行机构，后轮部分包括至少两组用于控制后轮夹持或离开桁架的后轮执行机构；前轮部分和后轮部分能够在转向变形机构的控制下变形为夹持桁架运行的移动机器人或在地面行驶的四轮车。

本实用新型进一步的改进在于：

前轮执行机构包括第一舵机、第二舵机、第一电机以及第二电机；第一舵机和第二舵机安装于前安装架两侧，第一舵机和第一电机通过第一舵盘相连，第一舵机通过第一舵盘带动第一电机移动；第一电机的输出端连接一个前轮；第二舵机和第二电机通过第二舵盘相连，第二舵机通过第二舵盘带动第二电机移动；第二电机的输出端连接另一个前轮。