CN116374220A - 一种模块化仿生空间操作机器人及控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种模块化仿生空间操作机器人及控制系统，其仿生空间操作机器人包括卫星轨道推进器、激光雷达、卫星平台和仿生空间机械臂；卫星轨道推进器包括电推进器和冷气推进器，电推进器和冷气推进器用于给整个仿生空间操作机器人提供运行动力；激光雷达设置在整个仿生空间操作机器人的前端，用于开展目标识别和测距，引导机器人接近和捕捉空间碎片；卫星平台设置在整个仿生空间操作机器人的中部。本发明仿生空间机器人主要解决轨道上的空间碎片，实现对空间站或者卫星近空的领域空间垃圾进行清理。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体来说，涉及一种模块化仿生空间操作机器人及控制系统。
背景技术
随着航天技术更快的发展，同时也给各国航天局带来了新的难题，当前低轨道卫星主要以遥感、通信、导航为主，每年将有大量的卫星报废，虽有部分会在报废前通过离轨装置(或者发动机)主动降轨进入大气层烧毁，但是仍然会有大部分滞留太空与太空碎片一起形成新的碎片。
在专利号为CN201820319334.9的中国发明中，公开了一种适应空间站微重力环境中复杂狭小空间的仿生爬壁机器人，包括机身，在机身上的多姿态快速转换仿生腿模块，多姿态快速转换仿生腿模块包括设置在机身两侧两两对称设置四个多姿态快速转换仿生单腿模块，在四个多姿态快速转换仿生单腿模块的自由端均设置主动黏-脱附脚爪机构，在四个主动黏-脱附脚爪机构的末端均设置仿生脚趾黏附单元；四个多姿态快速转换仿生单腿模块均包括与机身连接的差动齿轮传动机构，与差动齿轮传动机构转动相连大腿杆，通过锥齿轮传动机构与大腿杆相连的小腿杆。解决了空间站微重力环境存在许多复杂小空间，以往的机器人由于机械结构限制了工作空间，导致其步态和轨迹规划受到约束，难以通过许多复杂狭小的空间的技术问题。
现有专利的缺陷在于，现有技术中虽然解决了现有仿生机器人在行走过程中步态和轨迹规划受到约束的问题。但其缺乏飞行能力，只能对仿生机器人可行走的空间站或者卫星表面垃圾进行清理，却无法对空间站或者卫星近空的领域空间垃圾进行清理。
发明内容
针对现有技术无法对空间站或者卫星近空的领域空间垃圾进行清理的问题，本发明提供了一种模块化仿生空间操作机器人及控制系统。
为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
一种模块化仿生空间操作机器人，包括卫星轨道推进器、激光雷达、卫星平台和仿生空间机械臂；
卫星轨道推进器包括电推进器和冷气推进器，电推进器和冷气推进器用于给整个仿生空间操作机器人提供运行动力；
激光雷达设置在整个仿生空间操作机器人的前端，用于开展目标识别和测距，引导机器人接近和捕捉空间碎片；
卫星平台设置在整个仿生空间操作机器人的中部，包括星载计算机、通信模块、姿轨控组件、能源管理组件和存储组件；星载计算机是卫星的控制中枢，其主要功能是对地面遥控信息的解析并向对应的分系统发送控制指令，同时通过传感器采集各分系统的工作状态并打包存储或者通过通信系统下发遥测信息；通信模块；姿轨控组件用于配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的运行方向和运行姿态，能源管理组件用于配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的驱动动力能源管理，存储组件用于存储遥控指令和遥测信息；
仿生空间机械臂设置在卫星平台的两侧，用于捕捉空间碎片。
进一步地，所述冷气推进器设置在卫星平台上端，电推进器设置在冷气推进器下端。
进一步地，仿生空间机械臂采用多段式骨节连接，多段式骨节一端与卫星平台侧面转动连接。
进一步地，仿生空间机械臂包括第一转动臂和第二转动臂，多段式骨节包括第一骨节、第二骨节和第三骨节；
第一骨节一端与仿生空间操作机器人的动力输出端连接，另一端与第一转动臂连接；
第一转动臂与第二骨节的一端连接，第二骨节另一端与第二转动臂连接；
第二转动臂的尾端连接有第三骨节，仿生空间操作机器人两侧相对设置的第三骨节空间上交错设置。
进一步地，还包括可展开太阳能帆板，可展开太阳能帆板转动连接在卫星平台两侧。
进一步地，还包括陶瓷天线及展开装置，陶瓷天线及展开装置设置在卫星平台尾部两侧，并与卫星平台转动连接；用于导航定位及厘米波、毫米波测控通信服务。
进一步地，还包括VU段触角天线及其展开装置，VU段触角天线及其展开装置设置在卫星平台两侧，用于航天器和星间及星地间VU频段通信。
进一步地，激光雷达底部设有多波段光学影像传感器和结构光传感器，用于观测物体外形结构及图像。
进一步地，卫星平台底部还设有多功能放舱，用于在轨挂载任务所需载荷及其机械臂所需要的必要工具。
一种模块化仿生空间操作控制系统，包括星载计算机、姿轨控模块、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达模块；
星载计算机与姿轨控模块、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达模块之间均设有控制总线；
姿轨控模块用于根据地面遥控指令引导各执行机构(姿轨控组件、卫星轨道推进器、仿生空间机械臂)完成相应的操作；
通信模块用于接收地面遥控指令，发送仿生空间操作机器人各个组件遥测信息；
能源管理模块用于管理整个仿生空间操作机器人的充电和用电的电量管理；
存储模块用于存储中央控制器接收和发送的所有指令信息和遥测信息；
激光雷达模块用于采集空间站和卫星姿态、轨道、温度和目标距离。激光雷达上还设有多波段光学影像传感器。
本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
仿生空间机器人主要解决轨道上的空间碎片，实现对空间站或者卫星近空的领域空间垃圾进行清理。
附图说明
图1为本发明实施例中一种模块化仿生空间操作机器人的侧视图；
图2为本发明实施例中一种模块化仿生空间操作机器人的整体结构示意图；
图3为本发明实施例中一种模块化仿生空间操作机器人的仰视图；
图4为本发明一种模块化仿生空间操作控制系统的整体结构框图。
图中标记说明：1-卫星轨道推进器，101-电推进器，102-冷气推进器，2-激光雷达，3-卫星平台，4-仿生空间机械臂，401-第一转动臂，402-第二转动臂，51-第一骨节，52-第二骨节，53-第三骨节，6-可展开太阳能帆板，7-姿轨控模块，8-陶瓷天线及展开装置，9-VU段触角天线及其展开装置，10-多功能放舱，11-多波段光学影像传感器和结构光传感器。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
如图1和3所示，本实施例提供了一种模块化仿生空间操作机器人，卫星轨道推进器1、激光雷达2、卫星平台3和仿生空间机械臂4；
卫星轨道推进器1包括电推进器101和冷气推进器102，电推进器101和冷气推进器102用于给整个仿生空间操作机器人提供运行动力；
激光雷达2设置在整个仿生空间操作机器人的前端，用于开展目标识别和测距，引导机器人接近和捕捉空间碎片；
卫星平台3设置在整个仿生空间操作机器人的中部，包括星载计算机、通信模块、姿轨控组件、能源管理组件和存储组件；星载计算机是卫星的控制中枢，其主要功能是对地面遥控信息的解析并向对应的分系统发送控制指令，同时通过传感器采集各分系统的工作状态并打包存储或者通过通信系统下发遥测信息；通信模块，姿轨控组件用于配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的运行方向和运行姿态，能源管理组件用于配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的驱动动力能源管理，存储组件用于存储遥控指令和遥测信息；
仿生空间机械臂4设置在卫星平台3的两侧，用于捕捉空间碎片。
所述冷气推进器102设置在卫星平台3上端，电推进器101设置在冷气推进器102下端。通过下端尾部的电推进器101提供较低的速度对仿生空间操作机器人开展机动控制，冷气推进器102以较高的速度对仿生空间操作机器人开展机动控制。
仿生空间机械臂4采用多段式骨节连接，多段式骨节一端与卫星平台3侧面转动连接。通过卫星平台3的姿控组件控制其多段式骨节转动和固定姿态。
如图2所示，仿生空间机械臂4包括第一转动臂401和第二转动臂402，多段式骨节包括第一骨节51、第二骨节52和第三骨节53；
第一骨节51一端与仿生空间操作机器人的动力输出端连接，另一端与第一转动臂401连接；仿生空间操作机器人的动力输出端直接作用于第一骨节51上，通过第一骨节51控制第一转动臂401的转动；达到驱动第一转动臂401转动的效果。
第一转动臂401与第二骨节52的一端连接，第二骨节52另一端与第二转动臂402连接；通过第一转动臂401的转动带动第二骨节52和第二转动臂402的移动，再通过控制第二骨节52的转动带动第二转动臂402的转动；
第二转动臂402的尾端连接有第三骨节53，仿生空间操作机器人两侧相对设置的第三骨节53空间上交错设置。通过第三骨节53的结构设置，确保能完整的实现环抱太空垃圾的效果，防止太空垃圾自仿生空间操作机器人底部中间位置处掉落出仿生空间机械臂4的环抱空间。
还包括可展开太阳能帆板6，可展开太阳能帆板6转动连接在卫星平台3两侧。可以通过姿控组件控制其转动展开和收折，展开时便于吸收太阳能给能源管理组件供能，收折时便于其整个仿生空间操作机器人运行，减少阻力。
还包括陶瓷天线及展开装置8，陶瓷天线及展开装置8设置在卫星平台尾部两侧，并与卫星平台3转动连接；用于导航定位及厘米波、毫米波测控通信服务。
还包括VU段触角天线及其展开装置9，VU段触角天线及其展开装置9设置在卫星平台3两侧，用于航天器和星间及星地间VU频段通信。
激光雷达2底部设有多波段光学影像传感器和结构光传感器11，用于观测物体外形结构及图像。
卫星平台3底部还设有多功能放舱10，用于在轨挂载任务所需载荷及其机械臂所需要的必要工具。
如图4所示，一种模块化仿生空间操作控制系统，包括星载计算机、姿轨控模块7、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达2模块；中央控制器与姿轨控模块7、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达2模块之间均设有控制总线；姿轨控模块7用于根据地面遥控指令引导各执行机构(姿控组件、卫星轨道推进器1、仿生空间机械臂4)完成相应的操作；天线模块用于接收地面遥控指令，发送仿生空间操作机器人各个组件遥测信息；能源管理模块用于管理整个仿生空间操作机器人的充电和用电的电量管理；存储模块用于存储星载计算机接收和发送的所有指令信息和遥测信息；激光雷达2模块用于采集空间站或者对象目标距离。
本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
仿生空间机器人主要解决轨道上的空间碎片，实现对空间站或者卫星近空的领域空间垃圾进行清理。
以上对本申请提供的一种模块化仿生空间操作机器人及控制系统进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，包括卫星轨道推进器(1)、激光雷达(2)、卫星平台(3)和仿生空间机械臂(4)；
卫星轨道推进器(1)包括电推进器(101)和冷气推进器(102)，电推进器(101)和冷气推进器(102)用于给整个仿生空间操作机器人提供运行动力；
激光雷达(2)设置在整个仿生空间操作机器人的前端，用于开展目标识别和测距，引导机器人接近和捕捉空间碎片；
卫星平台(3)设置在整个仿生空间操作机器人的中部，包括星载计算机、通信系统、姿轨控组件、能源管理组件和存储组件；星载计算机用于对地面遥控信息的解析并向对应的分系统发送控制指令，同时通过传感器采集各分系统的工作状态并打包存储或者通过通信系统下发遥测信息；通信模块用于接收地面遥控指令和发送仿生空间操作机器人各部组件遥测信息，姿轨控组件设置在冷气推进器前端，由力矩陀螺及其驱动电路组成，用于配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的运行方向和运行姿态，能源管理组件用于卫星能源获取，并配合控制系统调整整个仿生空间操作机器人的驱动动力能源管理，存储组件用于存储遥控指令和遥测信息；
仿生空间机械臂(4)设置在卫星平台(3)的两侧，用于捕捉空间碎片。
2.根据权利要求1所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，所述冷气推进器(102)设置在卫星平台(3)上端，电推进器(101)设置在冷气推进器(102)下端。
3.根据权利要求2所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，仿生空间机械臂(4)采用多段式骨节连接，多段式骨节一端与卫星平台(3)侧面转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，仿生空间机械臂(4)包括第一转动臂(401)和第二转动臂(402)，多段式骨节包括第一骨节(51)、第二骨节(52)和第三骨节(53)；
第一骨节(51)一端与仿生空间操作机器人的动力输出端连接，另一端与第一转动臂(401)连接；
第一转动臂(401)与第二骨节(52)的一端连接，第二骨节(52)另一端与第二转动臂(402)连接；
第二转动臂(402)的尾端连接有第三骨节(53)，仿生空间操作机器人两侧相对设置的第三骨节(53)空间上交错设置。
5.根据权利要求4所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，还包括可展开太阳能帆板(6)，可展开太阳能帆板(6)转动连接在卫星平台(3)两侧。
6.根据权利要求4所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，还包括陶瓷天线及展开装置(8)，陶瓷天线及展开装置(8)设置在卫星平台尾部两侧，并与卫星平台(3)转动连接；用于导航定位及厘米波、毫米波测控通信服务。
7.根据权利要求4所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，还包括VU段触角天线及其展开装置(9)，VU段触角天线及其展开装置(9)设置在卫星平台(3)两侧，用于航天器和星间及星地间VU频段通信。
8.根据权利要求4所述的一种模块化仿生空间操作机器人，其特征在于，激光雷达(2)底部设有多波段光学影像传感器和结构光传感器(11)，用于观测物体外形结构及图像。
9.一种模块化仿生空间操作控制系统，包括星载计算机、姿轨控模块(7)、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达(2)模块；
星载计算机与姿轨控模块、通信模块、能源管理模块、存储模块和激光雷达(2)模块之间均设有控制总线；
姿轨控模块(7)用于根据地面遥控指令引导各执行机构完成相应的姿态调整和运动操作；
通信模块用于接收地面遥控指令，发送仿生空间操作机器人各个组件遥测信息；
能源管理模块用于管理整个仿生空间操作机器人的充电和用电的电量管理；
存储模块用于存储中央控制器接收和发送的所有指令信息和遥测信息；
激光雷达(2)模块用于采集空间站和卫星姿态、轨道、温度和目标距离。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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