CN114193466A - 空间站舱内机器人的服务系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间站舱内机器人的服务系统，包括壳体、存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元，所述存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元均置于壳体内部，通过各个单元的协同工作，实现对舱内辅助机器人的服务功能。通过使用本发明，能够提升空间站舱内机器人的服务能力，增加其工作时间，为空间站检测维护提供了强有力的保障。本发明作为一种空间站舱内机器人的服务系统，可广泛应用于航天舱内配套设备领域。

Description

空间站舱内机器人的服务系统

技术领域

本发明涉及航天舱内配套设备领域，尤其涉及空间站舱内机器人的服务系统。

背景技术

空间站作为我国航天领域的重要科研实验平台，其在轨维护以及智能化物流是关键，然而空间站内部大多数时间都是无人值守的，因此已出现了一些舱内辅助机器人，用来服务于空间站。微型的舱内机器人，其能源与功能组件存储能力有限，况且多任务需求也对空间站舱内机器人的多种操作前端提出了要求。

发明内容

本发明的目的是提供空间站舱内机器人的服务系统，以解决空间站无人值守期间更换机器人柔性臂操作前端困难的问题。

本发明所采用的技术方案是：空间站舱内机器人的服务系统，包括壳体、存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元，所述存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元均置于壳体内部：

所述壳体上设置固定机位区域和通孔区域。

所述存储单元用于存储机器人的操作前端；

所述堆垛机构单元与存储单元面对分布，用于对机器人前端的更换；

所述无线充电单元通过高功率无线充电对机器人进行电力补充；

所述充气单元用于对舱内机器人进行快速充气；

所述控制单元用于控制无线充电单元和重启单元的开关，并操控存储单元、堆垛机构单元的工作。

进一步，所述存储单元包括前端存放区和调姿部分，所述前端存放区为堆垛仓式结构，所述前端存放区设有多个仓，每个仓均设有一对卡扣。

进一步，所述调姿部分包括三爪卡盘，用于对操作前端的纵向固定。

进一步，所述堆垛机构单元包括导轨、剪刀式升降台、电机和两爪机械臂：

所述导轨上设有滚珠丝杠，所述导轨通过滚珠丝杠实现堆垛机构平台的横向和纵向运动；

所述剪刀式升降台用于提供两爪机械臂的第三个自由度；

所述电机用于控制导轨、剪刀式升降台和两爪机械臂的工作。

进一步，所述无线充电单元采用无线充电桩，所述无线充电桩安装于固定机位区域的正下方。

进一步，所述充气单元安装于固定机位的后下方，所述充气单元包括空压机、气瓶、电磁阀和气路：

所述空压机用于将舱内气体增加并输送到气瓶；

所述气瓶用于存储气体；

所述电磁阀用于控制气路的导通；

所述气路用于将气瓶与机器人的气源连接。

进一步，所述控制单元包括电路板和散热器：

所述电路板与存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元和充气单元无线连接并控制各个单元的工作；

所述散热器用于降低电路板工作时的温度。

进一步，所述固定机位区域上设有定位吸盘和定位二维码。

本发明方法、系统及装置的有益效果是：本发明弥补了原有的舱内机器人的一些功能，快速充电充气直接提升了舱内辅助机器人的工作时间，增加了工作效率，堆垛机构部分直接满足了舱内机器人对于多种不同前端的需求，进一步提升了舱内机器人的功能性，服务台采用压缩式设计，在保证尽量少占用空间站内部环境的同时，其安装方式也有效的减小了意外的发生，增加了服务台的稳定性，使得空间站舱内机器人得以更好的工作。

附图说明

图1为本发明空间站舱内机器人的服务系统的内部示意图；

图2为本发明具体实施例工作时的示意图；

图3为本发明具体实施例壳体的右视剖面图；

图4为本发明具体实施例单个卡扣的上下二等角轴测图；

图5为本发明具体实施例三爪卡盘的示意图；

图6为本发明具体实施例堆垛机构单元的上下二等角轴测图；

图7为本发明专利无线充电单元的上下二等角轴测图；

图8为本发明专利充气单元的上下二等角轴测图；

图9为本发明专利控制单元的上下二等角轴测图。

附图标记：101、壳体；201、存储单元；301、堆垛机构单元；401、无线充电单元；501、充气单元；601、控制单元；102、定位吸盘；202、卡子；203、卡盘；204、三爪卡盘；205、调姿部分；302、导轨；303、滚珠丝杠；304、剪刀式升降台；305、两爪机械臂；306、电机；402、无线充电桩；502、气瓶和空压机；503、气路；602、电路板；603、散热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

参照图1，本发明提供了一种空间站舱内机器人的服务系统，包括壳体101、存储单元201、堆垛机构单元301、无线充电单元401、充气单元501和控制单元601，所述存储单元201、堆垛机构单元301、无线充电单元401、充气单元501和控制单元601均置于壳体内部：

所述壳体101上设置固定机位区域和通孔区域。

所述存储单元201用于存储机器人的操作前端；

所述堆垛机构单元301与存储单元201面对分布，用于对机器人前端的更换；

所述无线充电单元401通过高功率无线充电对机器人进行电力补充；

所述充气单元501用于对舱内机器人进行快速充气；

所述控制单元601用于控制无线充电单元和重启单元的开关，并操控存储单元、堆垛机构单元的工作。

具体地，参照图3，壳体101为一个整体，剖面处可以直接与空间站进行连接，存储单元201的一侧可以由亚克力板制作而成，如此来实现可视化操作，进而保证万一出故障时，人工仍可以快速维护。

如图4所示，卡扣202都是由两个图4对称搭配使用的，卡盘203通过弹簧与卡扣202的外壳进行连接，当操作前端伸入时，卡扣202的卡盘203会压缩进去，当前端达到适当位置时，卡盘203又会由于弹簧的弹力返回原来的位置，如此来进行固定机器人的操作前端,卡口202和卡盘203具体位于存储单元201区域。

进一步作为本方法的优选实施例，所述存储单元201包括前端存放区和调姿部分，所述前端存放区为堆垛仓式结构，所述前端存放区设有多个仓，每个仓均设有一对卡扣，由堆垛机构将操作前端送入到堆垛仓之中，卡扣负责将操作前端固定，并保持姿态正确。

进一步作为本方法的优选实施例，如图5所示，所述调姿部分包括三爪卡盘，用于对操作前端的纵向固定。

具体地，三爪卡盘204通过固定住操作前端来确定前端的铅直位置，再由计算机视觉进行控制三爪卡盘204旋转，来保证机器人已经拆卸下来的前端的旋转角度正确，如此来实现操作前端的正确姿态。

进一步作为本方法优选实施例，如图6所示，所述堆垛机构单元301包括导轨302、剪刀式升降台304、电机306和两爪机械臂305：

所述导轨302上设有滚珠丝杠303，所述导轨302通过滚珠丝杠303实现堆垛机构平台的横向和纵向运动；

所述剪刀式升降台304用于提供两爪机械臂305的第三个自由度；

所述电机用于控制导轨302、剪刀式升降台304和两爪机械臂305的工作。

具体地，机械臂为柔性两爪机械臂，通过电机控制中间轴转动，使得杠杆运动，从而可以在水平方向握住竖直的柔性操作前端。

具体地，包括四个导轨302，用于固定平台并提供平台运动的空间，每个导轨302的边缘都有电机来驱动丝杠转动，然后通过滚珠丝杠303将丝杠的转动传递至操作平台上，再由平台带动柔性两爪机械臂305实现横向和纵向的运动，再由剪刀式升降台304提供机械臂前后运动的自由度，电机306驱动柔性爪进行抓握，从而实现取下机器人操作前端，到存放操作前端，取出以至于能够安装机器人的操作前端等一系列动作。

进一步作为本方法优选实施例，如图7所示，所述无线充电单元401采用无线充电桩402，所述无线充电桩402安装于固定机位区域的正下方。

具体地，通过无线充电桩402实现机器人的快速无线充电。

进一步作为本方法优选实施例，所述充气单元501安装于固定机位的后下方，如图8所示，所述充气单元501包括空压机、气瓶、电磁阀和气路503：

所述空压机用于将舱内气体增加并输送到气瓶；

所述气瓶用于存储气体；

所述电磁阀用于控制气路的导通；

所述气路503用于将气瓶与机器人的气源连接。

具体地，空压机将舱内气体进行压缩，并输入至气瓶内，使得气瓶内存储有较多的高压气体，当机器人与平台对接之后，机器人下达需要输气的指令之后，气路503就会连接至机器人背部，与机器人的气路相连接，进而打开电磁阀，将气瓶内部的高压气体输送至机器人内部气瓶，从而实现对机器人充气。

进一步作为本方法优选实施例，如图9所示，所述控制单元601包括电路板602和散热器603：

所述电路板602与存储单元601、堆垛机构单元301、无线充电单元401和充气单元501无线连接并控制各个单元的工作；

具体地，电路板602还可以通过无线连接实现与舱内机器人的互联，接收机器人下达的指令，进而满足机器人的需求。

所述散热器603用于降低电路板工作时的温度。

进一步作为本方法优选实施例，所述固定机位区域上设有定位吸盘和定位二维码。

具体地，外壳上的定位二维码提供给服务机器人，用于计算机视觉定位，二维码旁边布置有一个定位吸盘，负责机器人与外壳接触之后，进行吸附固定。

服务平台固定机位区域处，通过直接接触实现负压吸附舱内服务机器人，脱附只需要对负压吸盘内部进行吹气即可

本发明一种空间站舱内机器人的服务系统的工作过程有：

空间站舱内服务机器人自由飞行至服务平台附近，通过计算机视觉识别之后，自动对准服务台上的停靠点，通过定位二维码进行对准后，机器人缓慢飞向服务台并吸附在服务平台的定位吸盘102上，平台对机器人进行固定，实现停靠休息；

服务平台完成与机器人的对接停靠之后，固定机位区域下方的高功率无线充电部分401就可以开始工作，实现对机器人的快速充电；

机器人在停稳之后，平台可以通过气路503接口实现与机器人气路的对接，平台打开其内部的电磁阀，将储存在气瓶中的高压气体向机器人输送过去，实现对舱内服务机器人的快速充气；

服务机器人的操作前端拆卸及储存主要是通过服务台的堆垛机构部分301进行实现的，机器人在达到固定机位时，双臂处于初始状态时，两臂就会伸入到服务台预留的孔之中，此时如果需要更换或拆卸前端，堆垛机构就会带着柔性两爪机械臂305到达更换前端的指定位置，夹紧并拆下服务机器人的操作前端，然后通过导轨302和滚珠丝杠303将其送入到指定的储存仓201里面，储存仓带有卡扣202，可以直接将执行机构卡入，由此就完成了对机器人操作前端的拆卸与存储；

在存放机器人的操作前端时，不免会出现操作前端并非是初始姿态，由于气路和电路的原因，这便不能直接进行再次安装，所以必须需要一个装置来进行更改其现有姿态，此时，堆垛机构部分将携带者操作前端从储存部分带至调姿部分，这个仓与其他储存仓的区别在于具备一个可以进行旋转的三爪卡盘204，通过三爪卡盘204固定后，计算机视觉确定其需要旋转的角度，进而旋转到初始姿态，即可存储或直接安装了；

当服务机器人需要装配新的操作前端时，只需要停靠在存放位上，此时，服务平台会按照机器人所需要的操作前段进行提供，由两爪机械臂305将操作前端进行取出，然后携带操作前端至组装位上，然后机器人进行识别确认是否为需要的前端，以及安装位是否正确，最后再确认安装。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，包括壳体、存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元，所述存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元、充气单元和控制单元均置于壳体内部：

所述壳体上设置固定机位区域和通孔区域。

所述存储单元用于存储机器人的操作前端；

所述堆垛机构单元与存储单元面对分布，用于对机器人前端的更换；

所述无线充电单元通过高功率无线充电对机器人进行电力补充；

所述充气单元用于对舱内机器人进行快速充气；

所述控制单元用于控制无线充电单元和重启单元的开关，并操控存储单元、堆垛机构单元的工作。

2.根据权利要求1所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述存储单元包括前端存放区和调姿部分，所述前端存放区为堆垛仓式结构，所述前端存放区设有多个仓，每个仓均设有一对卡扣。

3.根据权利要求2所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述调姿部分包括三爪卡盘，用于对操作前端的纵向固定。

4.根据权利要求3所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述堆垛机构单元包括导轨、剪刀式升降台、电机和两爪机械臂：

所述导轨上设有滚珠丝杠，所述导轨通过滚珠丝杠实现堆垛机构平台的横向和纵向运动；

所述剪刀式升降台用于提供两爪机械臂的第三个自由度；

所述电机用于控制导轨、剪刀式升降台和两爪机械臂的工作。

5.根据权利要求4所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述无线充电单元采用无线充电桩，所述无线充电桩安装于固定机位区域的正下方。

6.根据权利要求5所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述充气单元安装于固定机位的后下方，所述充气单元包括空压机、气瓶、电磁阀和气路：

所述空压机用于将舱内气体增加并输送到气瓶；

所述气瓶用于存储气体；

所述电磁阀用于控制气路的导通；

所述气路用于将气瓶与机器人的气源连接。

7.根据权利要求6所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述控制单元包括电路板和散热器：

所述电路板与存储单元、堆垛机构单元、无线充电单元和充气单元无线连接并控制各个单元的工作；

所述散热器用于降低电路板工作时的温度。

8.根据权利要求7所述空间站舱内机器人的服务系统，其特征在于，所述固定机位区域上设有定位吸盘和定位二维码。

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