[发明专利]一种降低姿态发动机尾流影响的空间机器人及其工作方法

说明书

本发明属于航天技术领域，具体公开了一种空间机器人，包括机器人基座、机械臂和控制中心，机械臂安装在机器人基座下方，机器人基座的每个面安装有一组姿态发动机，每组姿态发动机包括四个发动机；在机器人基座的前后左右四个工作面上安装有尾流舵机，尾流舵机包括伺服电机和尾流导板。还公开了其工作方法，控制中心根据机械臂各个关节角以及各个臂的固有几何尺寸，计算出机械臂工作空间是否与+y，‑y，+z，‑z平面存在交集；若存在交集，控制中心则计算与姿态发动机局部坐标系的xz平面最大角度，从而控制伺服电机驱动尾流导板转动，控制尾流通过机械臂的不可达区域；若不存在交集，伺服电机处于待机状态。避免了姿态发动机尾流对机械臂造成的影响。

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体公开了一种降低姿态发动机尾流影响的空间机器人及其工作方法。

背景技术

在太空探索快速发展的大背景下，空间任务的类型和操作变得非常复杂，这使得空间在轨服务(On-Orbit Servicing，OOS)的地位越来越重要。空间在轨服务，是指在太空中通过人、机器人或类机器人航天器、两者协同来完成针对特定在轨目标的空间装配、维护和服务(Space Assembly，Maintenance,and Servicing，SAMS)任务。目前各国均有面向空间在轨服务的太空计划，如“轨道快车”、“凤凰计划”等。由于空间在轨服务的任务越来越复杂，其成本也越来越高，要求执行任务的航天器具备自主性，灵活性，操纵性和合作性等特点。因此提出了空间机器人卫星这一航天器与空间机器人的组合。这种航天器功能丰富，具有普通卫星具备的变轨，机动等能力，又兼备空间机器人的功能，可以在空间进行自主交会对接并针对目标进行直接在轨操作，其中开创先河的是工程试验卫星7号，该卫星于1997年由日本发射，包含一个追踪卫星Chaser(也叫Hikoboshi)和一个目标卫星Target(Orihime)。其中Chaser是世界上首个装备机械臂的卫星。该任务流程为Chaser使用空间机械臂将目标星Target释放到2米处，进行15分钟的编队飞行后进行捕获和取回操作。其为研制HTV货运飞船的交会系统和国际空间站上Kibo实验舱的空间机械臂奠定了坚实的基础。1999年，美国提出了轨道快车计划，并于2007年发射了追踪星Astro和目标星NEXTSat，进行了一系列抓捕与交会对接试验。

然而由于空间操作的复杂性，空间机器人的基座机动所产生的羽流可能进入与机械臂工作空间，这不仅干扰机械臂的正常工作，还使姿态机动失效，从而引发空间机器人发生翻滚动作，从而导致严重的安全事故。因此有必要针对这一安全问题设计一种新型的空间机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低姿态发动机尾流影响的空间机器人及其工作方法，解决了空间机器人的基座机动所产生的羽流可能进入与机械臂工作空间使姿态机动失效的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种降低姿态发动机尾流影响的空间机器人，包括机器人基座、机械臂和控制中心，机械臂安装在机器人基座下方，机器人基座的每个面安装有一组姿态发动机，每组姿态发动机包括四个发动机；

在机器人基座的前后左右四个工作面上各安装有尾流舵机，尾流舵机的位置位于喷嘴朝向机械臂的发动机喷嘴处，尾流舵机包括伺服电机和尾流导板，伺服电机通过传动轴和尾流导板连接，伺服电机和控制中心连接；

控制中心，用于根据机械臂各个关节角以及各个臂的固有几何尺寸，计算出机械臂工作空间，从而判断工作空间是否与+y，-y，+z，-z平面存在交集；若存在交集，控制中心则计算与姿态发动机局部坐标系的xz平面最大角度，从而控制伺服电机驱动尾流导板转动，控制尾流通过机械臂的不可达区域；若不存在交集，伺服电机处于待机状态。

进一步，在初始状态时，四个尾流舵机的偏转角均为0。

本发明基于所述空间机器人的工作方法，包括以下步骤：