CN108827320B - 一种便于在轨更换的星敏感器系统及在轨更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及便于在轨更换的星敏感器系统及在轨更换方法。本方法包括星敏感器及其固定装置的灵巧结构设计和使用空间机械臂在轨更换星敏感器的作业方法。星敏感器的固定装置以及星敏感器的电接口都具有容差性，即使初始位置具有误差，也可自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保星敏感器准确到达预定位置并实现电接口的精准接入。通过末端执行器为手爪的空间机械臂抓取星敏感器及末端执行器为套筒的空间机械臂拧自锁螺栓，两臂配合完成星敏感器进入/取出操作。本方法设计了一个便于在轨更换的星敏感器及其固定装置的灵巧结构，并且使用空间机械臂可以可靠地实现星敏感器的在轨更换操作。

Description

一种便于在轨更换的星敏感器系统及在轨更换方法

技术领域

本发明涉及星敏感器，特别是一种便于在轨更换的星敏感器系统及在轨更换方法。

背景技术

星敏感器是通过对恒星星光的敏感来测量卫星自身姿态的探测器。在卫星还在轨正常运行时，就可能出现星敏感器发生故障或者需要性能升级的情况，这时就需要对其进行在轨更换。星敏感器由于体积小、精度高，在对其的更换过程中，抓取位置、固定装置、接插部件、更换引导结构等都需要精心设计，以确保星敏感器能高效、准确地对位并有效地接入。因此在轨更换星敏感器是一项复杂的任务。

发明内容

本发明的目的是提供一种便于在轨更换的星敏感器系统及在轨更换方法，以确保使用空间机械臂能有效地对星敏感器进行在轨方便更换。

为此，本发明的目的是这样实现的，一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：至少包括：星敏感器单元和固定星敏感器的滑槽单元，固定星敏感器的滑槽单元与星敏感器单元活动机械连接和电接口连接，星敏感器单元包括：电接口、遮光罩、空间机械臂抓取部位、光学及成像单元、电子盒、螺栓、底盘；

其中，电接口为圆锥体结构，电接口在电子盒一侧伸出，在圆锥体电接口上有一个沿着锥体贴附的锥型凸起梯形键，锥型凸起梯形键是由宽变窄的梯形键，圆锥体结构的电接口端面有压力传感器；

遮光罩，用于减小太阳、月亮、地球及外界光源的影响，从而获得星图像；

空间机械臂抓取部位，用于末端执行器为手爪的空间机械臂识别抓取；

光学及成像单元，位于遮光罩内部，用于将捕获到的星体经过光学镜头成像，然后将星体的光学信号转换为模拟电信号；

电子盒，用于对模拟电信号进行模数转换与数据采集处理；

底盘，在电子盒的底部，将星敏感器与固定它的螺栓整合在一起，底盘插入端两边均为斜角，可在进入滑槽过程中调整位姿，降低对空间机械臂初始对准精度的要求；

螺栓，可自锁在底盘上，用于固定星敏感器，螺栓头端面设有十字标识，用于末端执行器为套筒的空间机械臂识别操作；

固定星敏感器的滑槽单元包括：

圆锥孔洞，与星敏感器圆锥体结构电接口相互对应配合；

第一滑槽，用于固定电子盒，第一滑槽开口由外向内逐渐变窄；

第二滑槽，用于卡住底盘。

所述的遮光罩，在电子盒上方，遮光罩为圆锥筒结构。

所述的空间机械臂抓取部位，位于遮光罩上方，整体为圆筒结构；其上有两个与电接口所在平面平行的平切端面，在与切面垂直的外围面中心设有圆形标识。

所述的电子盒，为立方体结构，里面装有探测器和电子线路。

所述的第一滑槽，开口由外向内逐渐变窄。

一种便于在轨更换的星敏感器在轨更换方法：其步骤是：

301：末端执行器为手爪的空间机械臂抓取星敏感器单元，利用机器视觉信息使星敏感器单元对准固定星敏感器的滑槽单元；

302：末端执行器为手爪的空间机械臂将星敏感器单元顺着固定星敏感器的滑槽单元沿直线推入，星敏感器单元可自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保其准确到达预定位置并实现电接口的精准接入；

303：末端执行器为套筒的空间机械臂垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘上自锁的螺栓拧紧后收回；

304：末端执行器为手爪的空间机械臂松开星敏感器单元后收回，完成安装；

305：末端执行器为手爪的空间机械臂识别并对准星敏感器的空间机械臂抓取部位，抓住星敏感器单元；

306：末端执行器为套筒的空间机械臂垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘上自锁的螺栓拧松后收回；

307：末端执行器为手爪的空间机械臂将星敏感器单元从固定星敏感器的滑槽单元中沿直线取出，收回到服务卫星的工具盒中。

本发明的优点是：星敏感器进入固定装置的过程以及电接口接入时通过容差性设计，使其在初始位置不精准的情况下，也可在操作过程中自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保星敏感器准确到达预定位置并实现电接口的精准接入。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明实施例星敏感器单元的结构示意图；

图2为本发明实施例固定星敏感器的滑槽单元的结构示意图；由图1和图2构成本发明实施例；

图3为星敏感器单元放入/取出固定星敏感器的滑槽单元的过程框图；

图4为末端执行器为手爪的空间机械臂抓取星敏感器单元示意图；

图5为末端执行器为套筒的空间机械臂拧螺栓示意图。

图中，1、星敏感器单元；2、固定星敏感器的滑槽单元；3、末端执行器为手爪的空间机械臂；4、末端执行器为套筒的空间机械臂；101、电接口；102、遮光罩；103、空间机械臂抓取部位；104、光学及成像单元；105、电子盒；106、螺栓；107、底盘； 201、圆锥孔洞；202、第一滑槽；203、第二滑槽。

具体实施方式

以下结合附图，通过说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1和图2所示，一种便于在轨更换的星敏感器系统，包括：星敏感器单元1和固定星敏感器的滑槽单元2，固定星敏感器的滑槽单元2与星敏感器单元1活动机械连接和电接口连接，

如图1所示，星敏感器单元1包括：电接口101、遮光罩102、空间机械臂抓取部位103、光学及成像单元104、电子盒105、螺栓106、底盘107；

电接口101，为圆锥体结构，在电子盒105一侧伸出，在圆锥体上有一个沿着锥体贴附的锥型凸起梯形键，锥型凸起梯形键是由宽变窄的梯形键，圆锥体结构的端面有压力传感器；

遮光罩102，用于减小太阳、月亮、地球等外界光源的影响，从而获得最优的星图像；

空间机械臂抓取部位103，用于末端执行器为手爪的空间机械臂3识别抓取；

光学及成像单元104，位于遮光罩102内部，用于将捕获到的星体经过光学镜头成像，然后将星体的光学信号转换为模拟电信号；

电子盒105，用于对模拟电信号进行模数转换与数据采集处理；

底盘107，在电子盒105的底部，将星敏感器与固定它的螺栓106整合在一起，底盘插入端两边均为斜角，可在进入滑槽过程中调整位姿，降低对空间机械臂初始对准精度的要求；

螺栓106，可自锁在底盘107上，用于固定星敏感器，螺栓头端面设有十字标识，用于末端执行器为套筒的空间机械臂4识别操作；

如图2所示，固定星敏感器的滑槽单元2包括：

圆锥孔洞201，与星敏感器圆锥体结构电接口101相互对应配合；

第一滑槽202，用于固定电子盒105，第一滑槽202开口由外向内逐渐变窄；

第二滑槽203较低较宽，用于卡住底盘107。

遮光罩102，在电子盒105上方，遮光罩102为圆锥筒结构。

空间机械臂抓取部位103，位于遮光罩102上方，整体为圆筒结构；其上有两个与电接口101所在平面平行的平切端面，在与切面垂直的外围面中心设有圆形标识。

电子盒105，为立方体结构，里面装有探测器和电子线路。

第一滑槽202，开口由外向内逐渐变窄。

如图3所示，末端执行器为手爪的空间机械臂3抓取星敏感器单元1示意图和末端执行器为套筒的空间机械臂4拧螺栓106示意图。过程步骤是：

301：末端执行器为手爪的空间机械臂3抓取星敏感器单元1，利用机器视觉信息使星敏感器单元1对准固定星敏感器的滑槽单元2；

302：末端执行器为手爪的空间机械臂3将星敏感器单元1顺着固定星敏感器的滑槽单元2沿直线推入，星敏感器单元1可自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保其准确到达预定位置并实现电接口101的精准接入；

303：末端执行器为套筒的空间机械臂4垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘107上自锁的螺栓106拧紧后收回；

304：末端执行器为手爪的空间机械臂3松开星敏感器单元1后收回，完成安装；

305：末端执行器为手爪的空间机械臂3识别并对准星敏感器的空间机械臂抓取部位103，抓住星敏感器单元1；

306：末端执行器为套筒的空间机械臂4垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘107上自锁的螺栓106拧松后收回；

307：末端执行器为手爪的空间机械臂3将星敏感器单元1从固定星敏感器的滑槽单元2中沿直线取出，收回到服务卫星的工具盒中。

附图4为末端执行器为手爪的空间机械臂3抓取星敏感器单元1图,从示意图中可以看出：

末端执行器为手爪的空间机械臂3通过末端中心的视觉信息识别并对准空间机械臂抓取部位103的圆点标识，抓住星敏感器单元1，再根据其它视觉传感器获得的信息调整位姿，使其以较为准确的姿态进入固定星敏感器的滑槽单元2的第一滑槽202和第二滑槽203；最后使圆锥孔洞201与圆锥体结构电接口101相互对应配合。

附图5为末端执行器为套筒的空间机械臂4拧螺栓106图，从示意图中可以看出：

末端执行器为手爪的空间机械臂3抓着星敏感器单元1进入固定星敏感器的滑槽单元2内，使圆锥孔洞201与圆锥体结构电接口101相互对应配合有效接入。

同时，末端执行器为套筒的空间机械臂4通过末端中心的视觉信息识别螺栓头端面上的十字标识，末端执行器为套筒的空间机械臂4套住底盘107上的螺栓头，进行拧紧螺栓106操作。

所述的底盘107，将星敏感器与螺栓106固定在一起，使可自锁的螺栓106用于固定星敏感器，并且由于底盘107在进入固定星敏感器的滑槽单元2时，会被槽卡住，使星敏感器单元1不会发生较大的上下偏移。底盘107插入端两边均为斜角，降低了对空间机械臂初始对位精度的要求，简化了空间机械臂操作的复杂性。

本发明固定星敏感器的滑槽单元2分为两部分。上半部分较高较窄的第一滑槽202采用由外向内逐渐收紧的开口设计，用于卡住电子盒105，下半部分较低较宽的第二滑槽203用于卡住底盘107，使得星敏感器单元1一旦进入滑槽中就不能发生较大的上下移动。星敏感器单元1在进入固定星敏感器的滑槽单元2的过程中，即使开始的位置不是那么精确，在进入的过程中，也可自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保星敏感器单元1能够准确到达预定位置并实现电接口101的精准接入。

本发明结合所述的星敏感器及其固定装置的灵巧结构，使用两个空间机械臂进行更换任务。设计的星敏感器更换步骤使得两个空间机械臂在操作中不会发生相互干渉及碰撞，可实现高效地配合，可靠地完成任务。

以上举例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (6)

1.一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：至少包括：星敏感器单元（1）和固定星敏感器的滑槽单元（2），固定星敏感器的滑槽单元（2）与星敏感器单元（1）活动机械连接，并且和星敏感器单元（1）的电接口（101）电连接，星敏感器单元（1）包括：电接口（101）、遮光罩（102）、空间机械臂抓取部位（103）、光学及成像单元（104）、电子盒（105）、螺栓（106）、底盘（107）；

其中，电接口（101）为圆锥体结构，电接口（101）在电子盒（105）一侧伸出，在圆锥体电接口（101）上有一个沿着锥体贴附的锥型凸起梯形键，锥型凸起梯形键是由宽变窄的梯形键，圆锥体结构的电接口（101）端面有压力传感器；

遮光罩（102），用于减小太阳、月亮、地球及外界光源的影响，从而获得星图像；

空间机械臂抓取部位（103），用于末端执行器为手爪的空间机械臂（3）识别抓取；

光学及成像单元（104），位于遮光罩（102）内部，用于将捕获到的星体经过光学镜头成像，然后将星体的光学信号转换为模拟电信号；

电子盒（105），用于对模拟电信号进行模数转换与数据采集处理；

底盘（107），在电子盒（105）的底部，将星敏感器与固定它的螺栓（106）整合在一起，底盘插入端两边均为斜角，可在进入滑槽过程中调整位姿，降低对空间机械臂初始对准精度的要求；

螺栓（106），可自锁在底盘（107）上，用于固定星敏感器，螺栓头端面设有十字标识，用于末端执行器为套筒的空间机械臂（4）识别操作；

固定星敏感器的滑槽单元（2）包括：

圆锥孔洞（201），与星敏感器圆锥体结构电接口（101）相互对应配合；

第一滑槽（202），用于固定电子盒（105），第一滑槽（202）开口由外向内逐渐变窄；

第二滑槽（203），用于卡住底盘（107）。

2.根据权利要求1所述的一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：所述的遮光罩（102），在电子盒（105）上方，遮光罩（102）为圆锥筒结构。

3.根据权利要求1所述的一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：所述的空间机械臂抓取部位（103），位于遮光罩（102）上方，整体为圆筒结构；其上有两个与电接口（101）所在平面平行的平切端面，在与切面垂直的外围面中心设有圆形标识。

4.根据权利要求1所述的一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：所述的电子盒（105），为立方体结构，里面装有探测器和电子线路。

5.根据权利要求1所述的一种便于在轨更换的星敏感器系统，其特征在于：所述的第一滑槽（202），开口由外向内逐渐变窄。

6.根据权利要求1所述的一种便于在轨更换的星敏感器系统的一种便于在轨更换的星敏感器在轨更换方法，其步骤是：

301：末端执行器为手爪的空间机械臂（3）抓取星敏感器单元（1），利用机器视觉信息使星敏感器单元（1）对准固定星敏感器的滑槽单元（2）；

302：末端执行器为手爪的空间机械臂（3）将星敏感器单元（1）顺着固定星敏感器的滑槽单元（2）沿直线推入，星敏感器单元（1）可自动地通过结构约束和引导进行自主渐进式调整，确保其准确到达预定位置并实现电接口（101）的精准接入；

303：末端执行器为套筒的空间机械臂（4）垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘（107）上自锁的螺栓（106）拧紧后收回；

304：末端执行器为手爪的空间机械臂（3）松开星敏感器单元（1）后收回，完成安装；

305：末端执行器为手爪的空间机械臂（3）识别并对准星敏感器的空间机械臂抓取部位（103），抓住星敏感器单元（1）；

306：末端执行器为套筒的空间机械臂（4）垂直螺栓端面套住螺栓头，将底盘（107）上自锁的螺栓（106）拧松后收回；

307：末端执行器为手爪的空间机械臂（3）将星敏感器单元（1）从固定星敏感器的滑槽单元（2）中沿直线取出，收回到服务卫星的工具盒中。

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