CN116329906A - 航天器大型贮箱精密定位调姿装置及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器大型贮箱精密定位调姿装置，包括：底座，包括底部框架；升降结构，包括升降柱、可沿升降柱升降的升降横梁和升降驱动装置，所述升降柱设置在所述底部框架的上表面；贮箱支撑固定结构，用于支撑和固定贮箱；角度位置微调结构，安装在所述贮箱支撑固定结构底部和所述升降横梁上表面之间，用于微调所述贮箱支撑固定结构相对所述升降横梁的角度和水平方向的位置。本发明的装置移动方便，调节灵活便捷，升降范围行程大，有效解决航天器对于大型贮箱等大重量设备自下而上的托举式安装需求，成为航天器总装作业时的有效支持设备。

Description

航天器大型贮箱精密定位调姿装置及安装方法

技术领域

本发明属于航天器地面工装技术领域，具体涉及一种大型航天器由下向上托举式安装贮箱时，用于贮箱精密定位调姿的装置及方法，即航天器大型贮箱精密定位调姿装置及安装方法，也可适用于其他类似工况的大重量设备托举式安装。

背景技术

在大型航天器的构型布局中，航天器底面经常安装贮箱、离子推力器、可转动天线等。而对于底面安装的大重量设备，传统的吊装模式显然已无法适用。随着电子机器人技术的普及，有时可选用机械臂从侧面方向托举安装。但一些航天器中的贮箱、离子推力器等设备，其尺寸大，同一个航天器上配套数目多，彼此间间隙紧张，并需要伸入航天器内较大行程，对于此类工况，机械臂技术无足够的空间施展。

以ZY-4000卫星平台为例，其底面布局4个大型贮箱。每个贮箱均为50kg重的椭球形结构，球面外径Φ1240mm，贮箱高度1304mm。为保证不频繁改变卫星姿态，初始安装状态卫星安装面吊离地高度2000mm，导致贮箱进入卫星正下方时，贮箱中心线(工装接口面)离地高度需在1400mm以下，并具备不小于600mm的上升行程。方能实现贮箱的托举安装。

因此，需要研制一种航天器大型贮箱精密定位调姿装置，实现贮箱由下而上的托举式安装。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种航天器大型贮箱精密定位调姿装置，在大型航天器由下向上托举式安装贮箱时，用于贮箱精密定位调姿，解决在航天器底面安装大重量设备工况中，传统吊装及机械臂安装无法有效施展的操作难题，满足航天器研制需求。不仅能够实现粗调和精密微调贮箱位置，进而与航天器安装面能够精准定位对接。同时，可满足一个航天器内数目较多的设备安装、彼此间隙较小时，对操作空间的限制需求，解决航天器底面安装大重量设备的操作需求。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种航天器大型贮箱精密定位调姿装置，包括：

底座，包括底部框架和底座移动结构；

升降结构，包括升降柱、可沿升降柱升降的升降横梁和升降驱动装置，所述升降柱设置在所述底部框架的上表面；

贮箱支撑固定结构，用于支撑和固定贮箱；

角度位置微调结构，安装在所述贮箱支撑固定结构底部和所述升降横梁上表面之间，用于微调所述贮箱支撑固定结构相对所述升降横梁的角度和水平方向的位置。

在一些实施例中，还包括以下技术特征：

所述角度位置微调结构包括横纵向调节装置和旋转结构，

所述旋转结构包括旋转盘；

所述横纵向调节装置包括底板、中板和顶板；

其中，所述旋转盘为精密交叉圆柱滚珠轴承结构，包括内圈和外圈，所述内圈与所述贮箱支撑固定结构连接，所述外圈与所述顶板连接，用于使所述贮箱支撑固定结构能够沿竖直中心轴小范围旋转；所述底板与所述升降横梁顶面连接，所述中板通过手轮驱动的丝杠滑块结构与所述底板连接，使得所述中板能够相对所述底板做第一方向的移动；所述顶板通过手轮驱动的丝杠滑块结构与所述中板连接，使得所述顶板能够相对所述中板做第二方向的移动；所述第一方向与所述第二方向相互垂直，且均平行于地面。

所述旋转结构还包括锁紧装置，当调整所述旋转盘到需要的角度时，调整所述锁紧装置，能够锁紧所述外圈。

所述升降柱为两根，间隔安装在所述底部框架的上表面，所述升降横梁设置在两根所述升降柱之间，所述升降驱动装置设置在所述底部框架上，并在所述升降横梁的下方，用于驱动所述升降横梁升降。

所述升降驱动装置包括手轮、传动轴、换向器、丝杠、滑块，其中，所述丝杠设置在所述升降柱内，所述滑块设置在所述升降横梁上，所述丝杠转动时，带动所述滑块移动，从而带动所述升降横梁升降；所述手轮为动力输入端，动力通过手轮、传动轴、换向器传导至所述丝杆，带动滑块升降。

所述手轮的端头设置有套筒接口，从而能够连接外部动力源。

所述贮箱支撑固定结构包括用于放置贮箱的贮箱支架和设置在所述贮箱支架上的贮箱固定件，所述贮箱固定件用于与贮箱固定连接。

所述底部框架上设置有脚轮和吊环，用于在地面移动或吊起移动整个装置。

所述底部框架上设置有若干个螺旋支撑装置，所述螺旋支撑装置可以与地面接触，调整所述底部框架与地面的距离，从而实现所述底部框架相对地面的倾角调节。

本发明还提供一种航天器大型贮箱安装方法，其特征在于，使用上述航天器大型贮箱精密定位调姿装置，包括以下步骤：

1)吊装贮箱停放并连接到所述贮箱支撑固定结构上；

2)调节所述升降驱动装置，利用升降功能，使所述升降横梁带动贮箱下降到最低位置；

3)将所述航天器大型贮箱精密定位调姿装置推移或吊装至航天器下方；

4)再次调节所述升降驱动装置，使贮箱升高至贮箱的孔位与航天器安装面孔位大致对齐；

5)调整所述角度位置微调结构，直至贮箱4个象限处的孔位对齐；

6)安装贮箱4个象限处螺钉，并测力；

7)接触贮箱与所述贮箱支撑固定结构上的连接；

8)将所述升降横梁降至最低处，使得整个装置能避让开贮箱，将其转运至航天器外安全位置，起吊安装下一个贮箱；

9)按同样的方法安装其余贮箱。

本发明通过上述方案，能够实现大型贮箱安装时，能够灵活稳定的调整其位置，适应现场安装环境，移动方便，调节灵活便捷，升降范围行程大，不仅能够实现粗调和精密微调贮箱位置，进而与航天器安装面能够精准定位对接，同时，可满足一个航天器内数目较多的设备安装、彼此间隙较小时，对操作空间的限制需求，解决航天器底面安装大重量设备的操作需求，有效解决航天器对于大型贮箱等大重量设备自下而上的托举式安装需求，成为航天器总装作业时的有效支持设备。

附图说明

图1为本发明实施例中装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例中升降驱动装置结构示意图。

图3为本发明实施例中横纵向调节装置结构示意图。

其中，升降驱动装置1，横纵向调节装置2，旋转结构3，贮箱固定件4，贮箱支架5，升降柱6，底部框架7，脚轮8，升降横梁9，螺旋支撑装置10，旋转吊环11，传动轴12，连接轴13，换向器14，滑块15，手轮16，顶板21，中板22，限位块23，底板24，丝杠螺母25，手柄26，梯形丝杠27，滑块28。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种大型航天器由下向上托举式安装贮箱时，用于贮箱精密定位调姿的装置进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

如图1所示，在一些实施例中，航天器大型贮箱精密定位调姿装置包括贮箱支架5、贮箱固定件4、旋转结构3、横纵向调节装置2、升降横梁9、两侧的升降柱6、升降驱动装置1、底部框架7、脚轮8、螺旋支撑装置10、旋转吊环11。

当装置承载航天器产品后，以贮箱为例，具备如下功能：

(1)升降功能：贮箱通过升降机构整体提升范围不小于700mm，升降时，贮箱无其他方向的运动；

(2)水平横向调节功能：贮箱在工装上可沿水平方向横向调节，两个正交方向的调节范围不小于±20mm；

(3)回转功能：贮箱能够绕铅垂轴±5°范围内回转；

(4)旋转功能：贮箱可相对于水平面倾斜0～5°角度；

(5)以上各项运动彼此间运动解耦，且均具有独立自锁功能。

其中，底部框架7及两侧升降柱6、升降横梁9作为主体结构。底部框架安装有4个脚轮8、4个螺旋支撑装置10、4个旋转吊环11等，用于装置的整体移动、锁紧、位置调整、吊装等。2个升降柱6间隔安装在底部框架7上，升降横梁9水平安装在两侧升降柱6之间。

其中，升降驱动装置1安装在底部框架7上，并在升降横梁9的正下方。升降驱动装置1通过传动轴12、连接轴13、丝杠、换向器14、滑块15、手轮11等机构控制升降横梁9沿升降柱6侧壁安装的导轨升降，从而实现升降横梁上设置的贮箱大行程上升与下降。手轮11端头配备扭矩扳手套筒接口，可以实现人工跟电动两种操作模式。驱动手轮11，通过传动轴12与换向器14、连接轴13，将输入的扭矩传递到两侧升降柱内的丝杠上，实现中间升降横梁沿升降柱侧壁导轨的上升及下降。

其中，升降横梁上方依次安装横纵向调节装置2、旋转结构3、贮箱支架5、贮箱固定件6等。

其中，横纵向调节装置2用于贮箱位置的水平两个正交方向的移动微调。横纵向调节装置由三层钢板(顶板21、中板22、底板24)及之间的2套导轨(分别装配于顶板和中板下表面)、滑块28、丝杠组等配合两个手柄27实现两个方向的移动及调节。当旋转手柄27时，通过丝杠螺母25、梯形丝杠27的螺纹配合传动、以及限位块23的限位作用，实现中板22与底板24间沿一个水平方向的位移调节功能。同理，通过另一个方向的丝杠传动，实现顶板21与中板22间沿另一个正交水平方向的位移调节功能。

其中，旋转结构3用于贮箱沿竖直中心轴小范围旋转。实现旋转功能的重要结构为旋转盘，其为精密交叉圆柱滚珠轴承结构。旋转盘内圈与贮箱支架5进行连接，旋转盘外圈与横纵向调节装置2的顶板21连接。在使用过程中，当调整旋转盘到需要的角度时，通过锁紧装置的旋转波纹把手，调节锁定板顶紧旋转盘外圈的外侧，实现机械锁紧。

其中，贮箱支架5、贮箱固定件4共同作为该套装置与贮箱的接口。贮箱固定4件可根据贮箱的不同变化状态进行替换，比如贮箱带与不带引出管引起的高度变化、贮箱接口形式不同的变化等。

利用贮箱精密定位调姿装置安装贮箱的过程如下：

1)吊装贮箱停放到贮箱精密定位调姿装置上，安装螺钉并拧紧。

2)调节升降驱动装置手轮，利用升降功能，使贮箱下降到最低位置；

3)将贮箱及贮箱精密定位调姿装置推移至航天器下方；

4)再次调节升降驱动装置手轮，使贮箱升高至贮箱的孔位与航天器安装面孔位大致对齐；

5)通过调整横纵向调节装置，直至贮箱4个象限处的孔位对齐；

6)安装贮箱4个象限处螺钉，并测力；

7)拆除贮箱与贮箱精密定位调姿装置的螺钉连接；

8)将贮箱精密定位调姿装置工装降至最低处，使得贮箱支架能避让开贮箱，将其转运至航天器外安全位置，起吊安装下一个贮箱；

9)按同样的方法安装其余贮箱；

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，包括：

底座，包括底部框架；

升降结构，包括升降柱、可沿升降柱升降的升降横梁和升降驱动装置，所述升降柱设置在所述底部框架的上表面；

贮箱支撑固定结构，用于支撑和固定贮箱；

角度位置微调结构，安装在所述贮箱支撑固定结构底部和所述升降横梁上表面之间，用于微调所述贮箱支撑固定结构相对所述升降横梁的角度和水平方向的位置。

2.根据权利要求1所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述角度位置微调结构包括横纵向调节装置和旋转结构，

所述旋转结构包括旋转盘；

所述横纵向调节装置包括底板、中板和顶板；

其中，所述旋转盘为精密交叉圆柱滚珠轴承结构，包括内圈和外圈，所述内圈与所述贮箱支撑固定结构连接，所述外圈与所述顶板连接，用于使所述贮箱支撑固定结构能够沿竖直中心轴小范围旋转；所述底板与所述升降横梁顶面连接，所述中板通过手轮驱动的丝杠滑块结构与所述底板连接，使得所述中板能够相对所述底板做第一方向的移动；所述顶板通过手轮驱动的丝杠滑块结构与所述中板连接，使得所述顶板能够相对所述中板做第二方向的移动；所述第一方向与所述第二方向相互垂直，且均平行于地面。

3.根据权利要求2所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述旋转结构还包括锁紧装置，当调整所述旋转盘到需要的角度时，调整所述锁紧装置，能够锁紧所述外圈。

4.根据权利要求1所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述升降柱为两根，间隔安装在所述底部框架的上表面，所述升降横梁设置在两根所述升降柱之间，所述升降驱动装置设置在所述底部框架上，并在所述升降横梁的下方，用于驱动所述升降横梁升降。

5.根据权利要求4所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述升降驱动装置包括手轮、传动轴、换向器、丝杠、滑块，其中，所述丝杠设置在所述升降柱内，所述滑块设置在所述升降横梁上，所述丝杠转动时，带动所述滑块移动，从而带动所述升降横梁升降；所述手轮为动力输入端，动力通过手轮、传动轴、换向器传导至所述丝杆，带动滑块升降。

6.根据权利要求5所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述手轮的端头设置有套筒接口，从而能够连接外部动力源。

7.根据权利要求1所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述贮箱支撑固定结构包括用于放置贮箱的贮箱支架和设置在所述贮箱支架上的贮箱固定件，所述贮箱固定件用于与贮箱固定连接。

8.根据权利要求1所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述底部框架上设置有脚轮和吊环，用于在地面移动或吊起移动整个装置。

9.根据权利要求1所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，其特征在于，所述底部框架上设置有若干个螺旋支撑装置，所述螺旋支撑装置可以与地面接触，调整所述底部框架与地面的距离，从而实现所述底部框架相对地面的倾角调节。

10.一种航天器大型贮箱安装方法，其特征在于，使用根据权利要求1-9任一项所述的航天器大型贮箱精密定位调姿装置，包括以下步骤：

1)吊装贮箱停放并连接到所述贮箱支撑固定结构上；

2)调节所述升降驱动装置，利用升降功能，使所述升降横梁带动贮箱下降到最低位置；

3)将所述航天器大型贮箱精密定位调姿装置推移或吊装至航天器下方；

4)再次调节所述升降驱动装置，使贮箱升高至贮箱的孔位与航天器安装面孔位大致对齐；

5)调整所述角度位置微调结构，直至贮箱4个象限处的孔位对齐；

6)安装贮箱4个象限处螺钉，并测力；

7)接触贮箱与所述贮箱支撑固定结构上的连接；

8)将所述升降横梁降至最低处，使得整个装置能避让开贮箱，将其转运至航天器外安全位置，起吊安装下一个贮箱；

9)按同样的方法安装其余贮箱。

Images