Робототехническая система сервисного космического аппарата с силомоментной обратной связью

Изобретение относится к области инструментов для использования в космосе и предназначено для выполнения операций орбитального обслуживания космических аппаратов. Робототехническая система содержит семистепенной манипулятор с конечным звеном в виде устройства для фиксации сменного инструмента, магазин сменных инструментов в виде платформы, вращающейся вокруг своей оси, с универсальными устройствами крепления и набор сменных инструментов. Семистепенной манипулятор снабжен датчиками вращающего момента в каждом из его шарниров. Конечное звено упомянутого манипулятора оснащено датчиком усилий и моментов и разъемом для питания электроинструмента. При этом система снабжена модулем ориентации, представляющим собой четырехстепенной манипулятор с расположенным на нем обзорным блоком, вращающийся вокруг платформы магазина сменных инструментов независимо от нее. Изобретение позволяет повысить качество и обеспечить безопасности выполнения сервисных операций, снизить временные и энергетические затраты на обслуживание космического аппарата. 2 ил.

 

Изобретение относится к области инструментов для использования в космосе и предназначено для выполнения операций орбитального обслуживания космических аппаратов, таких как инспекция, управление движением космических аппаратов, ремонтно-восстановительные и сборочные операции с применением робототехнической системы, обладающей силомоментной обратной связью.

Известна робототехническая система дозаправки спутников (патент US 2008/0237400, кл. B64G 1/22, B64D 39/06, В65 В 57/06, B64G 1/64), включающая манипулятор, набор инструментов, обладающих возможностью присоединения к выходному звену манипулятора, необходимых для получения доступа к топливному клапану обслуживаемого спутника, его открытия и закрытия, магазин сменного инструмента с устройствами крепления для хранения и возвращения инструментов и разнообразных крышек клапанов. В состав системы входят видеокамеры, направленные на манипулятор и его выходное звено; изображение, поступающее с них, передается оператору для обеспечения ему возможности направлять и контролировать процедуру дозаправки. Система также может быть настроена для управления автономно под контролем бортового компьютера. К недостаткам такой системы можно отнести ее узкую специализацию и невозможность выполнения широкого спектра операций орбитального обслуживания космических аппаратов, в том числе некооперируемых.

Наиболее близким к предложенному техническому решению, взятым за прототип, является робототехническая система сервисного космического аппарата (патент RU 157142 U1, кл. B64G 4/00), включающая базовый блок, семистепенной манипулятор, набор сменных инструментов, выполненных с возможностью присоединения к выходному звену манипулятора, и магазин сменных инструментов с универсальными устройствами крепления инструментов набора. Система может управляться удаленно оператором, например, с Земли, с материнского космического аппарата или с космической станции. Система также может быть настроена для управления автономно под контролем бортового компьютера.

Выполнение операций сервисного обслуживания спутника происходит следующим образом: осуществляют захват манипулятором необходимого инструмента из магазина сменного инструмента с помощью устройства фиксации сменного инструмента; после захвата инструмента манипулятором происходит размыкание универсального устройства крепления инструмента и сменный инструмент свободно извлекается для выполнения операции. По окончании операции инструмент возвращается в магазин сменного инструмента в любое свободное универсальное устройство крепления инструмента, которое фиксирует инструмент, в то время как размещенное на манипуляторе устройство фиксации сменного инструмента высвобождает его.

Из описания прототипа следует, что для выполнения операции орбитального обслуживания спутника достаточно робототехнической системы, включающей в себя манипулятор с семью степенями свободы, оканчивающийся устройством фиксации сменных инструментов, магазин сменных инструментов, жестко фиксированный относительно места крепления манипулятора. Однако для выполнения широкого спектра операций орбитального обслуживания космических аппаратов с повышенным качеством и уменьшенными временными затратами, в том числе с использованием электроинструмента, и безопасного функционирования робототехнической системы в недетерминированных внешних условиях необходим более совершенный манипулятор, очувствленный по усилию и обладающий разъемом для питания электроинструмента, расширенный набор сменных инструментов, включающий в себя электроинструмент, магазин сменного инструмента, обеспечивающий легкий доступ захватного устройства манипулятора из его произвольного положения к сменному инструменту. К недостаткам прототипа можно также отнести отсутствие обзорного блока, обеспечивающего оператора полной видеоинформацией о состоянии робототехнической системы при работе в режиме ручного управления.

Задачами заявляемого изобретения являются расширение спектра выполняемых сервисных операций орбитального обслуживания космических аппаратов, в том числе некооперируемых, повышение их качества, уменьшение время затрат на их выполнение и обеспечение безопасности функционирования робототехнической системы.

Указанные задачи решаются за счет того, что в составе предлагаемой робототехнической системы сервисного космического аппарата, включающей манипулятор, набор инструмента, обладающий возможностью присоединения к выходному звену манипулятора, магазин сменного инструмента, выходное звено манипулятора имеет разъем для питания сменного электроинструмента, шарниры манипулятора снабжены датчиками вращающего момента, выходное звено манипулятора - датчиком усилий и моментов, их наличие позволяет контролировать внешние усилия и моменты, воздействующие на манипулятор при выполнении технологических операций, а магазин сменного инструмента может вращаться вокруг своей оси и, таким образом, подавать инструмент к заданному месту захвата, что позволяет ускорить операцию извлечения инструмента из магазина, при этом в магазине сменного инструмента размещается набор инструмента, дополнительно содержащий электроинструмент для сверления отверстий, электроинструмент для закручивания/откручивания деталей с резьбой, электрический термометр, инструмент для перекусывания деталей, и инструмент для очистки стеклянных поверхностей. Кроме того, дополнительно введен модуль ориентации, представляющий собой четырехстепенной манипулятор с закрепленным на его оконечном звене обзорным блоком. Модуль ориентации может вращаться вокруг магазина сменного инструмента независимо от него, что обеспечивает возможность получения видеоинформации не только о манипуляторе и его выходном звене, но и о робототехнической системе в целом и об окружающем ее пространстве.

Техническим результатом являются повышение качества и обеспечение безопасности выполнения сервисных операций за счет возможности контроля внешних усилий и моментов, воздействующих на манипулятор при выполнении технологических операций, а также снижение временных и энергетических затрат на обслуживание космического аппарата за счет использования вращающегося магазина сменного инструмента и видеонаблюдения с широкой зоной обзора в ручном режиме управления.

На Фиг. 1 представлена робототехническая система сервисного космического аппарата с силомоментной обратной связью.

На Фиг. 2 представлен набор сменного инструмента.

Робототехническая система сервисного космического аппарата с силомоментной обратной связью для выполнения операций орбитального обслуживания имеет в своем составе базовый блок 1, семистепенной манипулятор 2, выходное звено которого имеет разъем для питания электроинструмента 3, магазин сменного инструмента 4 с универсальными устройствами крепления инструмента, модуль ориентации 5 с обзорным блоком 6. Каждый шарнир манипулятора 2 снабжен датчиками момента, а выходное звено - датчиком усилий и моментов, их наличие позволяет контролировать внешние усилия и моменты, воздействующие на манипулятор при выполнении технологических операций. Магазин сменного инструмента представляет собой платформу, расположенную в центральной части базового блока и вращающуюся вокруг своей оси. Модуль ориентации с обзорным блоком представляет собой манипулятор с четырьмя степенями свободы, который может вращаться вокруг платформы магазина сменного инструмента независимо от нее, обеспечивая увеличение обзорной зоны видеонаблюдения. По периметру платформы магазина сменного инструмента в универсальных устройствах крепления зафиксированы инструменты из набора.

Набор включает в себя в том числе:

- электроинструмент для сверления отверстий 7;

- электроинструмент для закручивания/откручивания деталей с резьбой 8;

- электрический термометр 9;

- инструмент для перекусывания деталей 10;

- инструмент для очистки стеклянных поверхностей 11.

Выполнение операции сервисного обслуживания начинается с захвата манипулятором необходимого инструмента, который подается к заданному месту захвата поворотом магазина сменного инструмента, что ускоряет извлечение инструмента из магазина. После захвата инструмента манипулятором происходит размыкание универсального устройства крепления инструмента и сменный инструмент свободно извлекается для выполнения операции. По окончании операции инструмент возвращается в магазин сменного инструмента в любое свободное универсальное устройство крепления инструмента, которое фиксирует инструмент, в то время как размещенное на манипуляторе устройство фиксации сменного инструмента высвобождает его.

В ходе выполнения операции сервисного обслуживания система управления проводит расчет сил и моментов по всем датчикам, зная характеристики объекта управления и положение манипуляционной системы (положение всех шарниров). В случае отклонения показаний датчиков усилий и моментов от расчетных значений система управления информирует о возникновении нештатной ситуации и производит корректировку положения манипуляционной системы относительно целевого назначения по сигналам датчиков сил и моментов, если коррекция не приводит текущие показания датчиков к расчетным, то система управления останавливает выполнение технологической операции до выяснения причин сбоя.

Оператор путем вращения модуля ориентации с обзорным блоком контролирует ход выполнения технологической операции, получает видеоинформацию о пространстве, окружающем робототехническую систему, что позволяет выяснять причины возникновении нештатной ситуации при сбое в работе робототехнической системы.

Робототехническая система для орбитального обслуживания космического аппарата, содержащая семистепенной манипулятор с конечным звеном в виде устройства для фиксации сменного инструмента, магазин сменных инструментов с универсальными устройствами крепления и набор сменных инструментов, отличающаяся тем, что семистепенной манипулятор снабжен датчиками вращающего момента в каждом из его шарниров, конечное звено упомянутого манипулятора оснащено датчиком усилий и моментов и разъемом для питания электроинструмента, при этом магазин сменных инструментов представляет собой платформу, вращающуюся вокруг своей оси, а набор сменных инструментов содержит электроинструмент для сверления отверстий, электроинструмент для закручивания/откручивания деталей с резьбой, электрический термометр, инструмент для перекусывания деталей и инструмент для очистки стеклянных поверхностей, при этом система снабжена модулем ориентации, представляющим собой четырехстепенной манипулятор с расположенным на нем обзорным блоком, вращающийся вокруг платформы магазина сменных инструментов независимо от нее.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к исследованиям материалов методом проб в условиях космического полета с целью обнаружения микроорганизмов космического происхождения. Способ предусмативает взятие проб с поверхностей орбитальной станции посредством стерилизованного и гермоизолированного на Земле пробозаборника.

Способ сборки оптико-механического блока космического аппарата относится к области космического оптического приборостроения и может быть использован при сборке, юстировке и калибровке крупногабаритных оптико-механических блоков, предназначенных для работы в космосе.

Группа изобретений относится к орбитальной заправке космических аппаратов (КА), например искусственных спутников. Система дозаправки содержит обслуживаемый (14) и обслуживающий (12) КА со средствами транспортировки топлива из баков КА (12) в баки КА (14).

Группа изобретений относится к инструментам и технологиям исследования воздействия факторов космического пространства на вещества и микроорганизмы. Устройство состоит из корпуса (1), выполненного, например, из фторопласта.
Изобретение относится к экспериментальным исследованиям в космическом пространстве. Способ включает взятие проб с помощью стерилизованного и гермоизолированного на Земле пробозаборника.

Изобретение относится к космической технике. Нож для использования космонавтом в скафандре в условиях невесомости содержит ручку и ножевое полотно с режущим лезвием.

Изобретение относится к космической технике. Нож для использования космонавтом в скафандре в условиях невесомости содержит ножевое полотно с режущими лезвиями и ручку.

Изобретение относится к космической технике. Нож для использования космонавтом в условиях невесомости содержит режущий элемент и ручку.

Группа изобретений относится к разработке ресурсов космической среды с помощью соответственно оснащённых космических аппаратов (КА). КА причаливает к астероиду (1), охватывая его с двух сторон манипуляторами (2).

Изобретение относится к средствам и инструментам внекорабельной деятельности. Предлагаемое активное устройство фиксации использует привод инструмента манипулятора.
Изобретение относится к космической технике и может использоваться в космических исследованиях для преодоления исследовательскими аппаратами ледяного покрова спутников и планет. В способе преодоления зондом ледяного покрова зонд помещают в выделяющую тепло раскрываемую оболочку, контактирующую с ледяным покровом космического объекта и растапливающую лед. Тепло для растапливания льда генерируется радиоактивным веществом, перемещающимся в ледяном покрове космического объекта вместе с оболочкой под действием силы тяжести. По мере перемещения зонда вода на пройденном участке застывает и ледяной покров восстанавливается. При достижении нижней границы ледяного покрова оболочка раскрывается и выпускает зонд. Техническим результатом изобретения является обеспечение безопасности космического объекта при перемещении зонда в толще его ледяного покрова.

Изобретение относится к космической технике, в частности к средствам фиксации в условиях невесомости элементов предметной среды, особенно инструментов. Протяженная рукоятка многофункционального инструмента для использования в условиях невесомости выполнена с продольным сквозным пазом. В пазу установлен тугоподвижный в продольном и поперечном направлениях узел фиксации, состоящий из двух одинаковых по размерам прямоугольных металлических рамок, каждая из которых имеет в поперечном сечении форму швеллера. Металлические рамки неподвижно соединены между собой с образованием в соединении поперечного сечения в виде двутавра. В двух боковых плоскостях одной из рамок выполнены сквозные пазы с установленными в них перпендикулярно продольной оси рукоятки корытообразными пружинами, концы которых зажаты между соединенными рамками. Внутренний размер - высота k упомянутой рамки определяется шириной а рукоятки инструмента и высотой с окна для присоединения крюка карабина страховочного фала с учетом следующих соотношений: k=а+с, а ширина h полки швеллера и ширина b паза в рукоятке инструмента равны: h>0,5 b; ƒ=0,5 b, где ƒ - толщина рамки. Техническим результатом изобретения является обеспечение присоединения карабина страховочного фала к инструменту с возможностью перемещения карабина по пазу вдоль и/или поперек рукоятки в условиях невесомости космонавтом, в том числе облаченным в скафандр под избыточным давлением. 13 ил.

Изобретение относится к инструментам для внекорабельной деятельности. Устройство содержит корпус (1), установленный на основании (2) с ручкой (3) и имеющий хотя бы одну глухую полость (14), в которой размещена тарель очистителя (4), имеющего рукоятку, согласованную с наддутой перчаткой скафандра. Одна сторона тарели покрыта чистящим материалом, а другая имеет расположенный в центральной части выступающий палец со сферической головкой, в которой имеется винт-ограничитель. Рукоятка выполнена в виде стержня с резьбовым участком и коническим углублением в торцевой части, соединена с тарелью муфтой и зафиксирована фигурным пружинным держателем (8). В одном торце муфты выполнено осевое резьбовое отверстие для присоединения рукоятки очистителя (4). В другом торце муфты, обращенном к сферической головке пальца, выполнено осевое отверстие для прохода пальца. Перпендикулярно продольной оси муфты выполнено боковое отверстие для размещения в нем сферической головки пальца с образованием сферического шарнира. Характерные размеры элементов устройства и отверстий выбраны из определённых соотношений. Техническим результатом является обеспечение эргономичности, надежности и безопасности устройства. 13 ил.

Изобретение относится к области инструментов для использования в космосе и предназначено для выполнения операций орбитального обслуживания космических аппаратов. Робототехническая система содержит семистепенной манипулятор с конечным звеном в виде устройства для фиксации сменного инструмента, магазин сменных инструментов в виде платформы, вращающейся вокруг своей оси, с универсальными устройствами крепления и набор сменных инструментов. Семистепенной манипулятор снабжен датчиками вращающего момента в каждом из его шарниров. Конечное звено упомянутого манипулятора оснащено датчиком усилий и моментов и разъемом для питания электроинструмента. При этом система снабжена модулем ориентации, представляющим собой четырехстепенной манипулятор с расположенным на нем обзорным блоком, вращающийся вокруг платформы магазина сменных инструментов независимо от нее. Изобретение позволяет повысить качество и обеспечить безопасности выполнения сервисных операций, снизить временные и энергетические затраты на обслуживание космического аппарата. 2 ил.

Наверх