CN215043819U - 运载火箭推进剂自动加注机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开运载火箭推进剂自动加注机器人，包括柔顺对接与撤收模块、检测定位模块以及控制模块；柔顺对接与撤收模块包括执行机构和连接在执行机构上的柔顺对接机构，执行机构包括固定平台、转动平台以及柔性机械臂，柔性机械臂的末端连接柔顺对接机构，柔顺对接机构夹持有用于与火箭加注活门对接的加泄连接器；检测定位模块包括可调节相机和标定基板，可调节相机设置在柔顺对接机构上，并与控制模块信号连接，标定基板设置在火箭加注活门处；本实用新型利用检测定位模块、控制模块和柔顺对接与撤收模块实现对接过程的闭环控制，能够实现快速、准确、柔性的对接，避免加注机器人与箭体的碰撞，保证其安全可靠，适用更广泛的对接场景需求。

Description

运载火箭推进剂自动加注机器人

技术领域

本实用新型涉及推进剂加注技术领域，特别是涉及运载火箭推进剂自动加注机器人。

背景技术

火箭推进剂加注是一项十分危险的工作，而加泄连接器与箭体活门的对接与脱离是加注过程中的关键环节和高危环节。若操作不当发生推进剂泄露，会使操作人员吸入或接触推进剂导致中毒伤亡。目前，我国发射场推进剂加注过程中加泄连接器的对接与脱离仍采用传统的人工方式，存在参试人员安全风险大、自动化水平低、准备工作繁琐且时间长等问题。

美国作为世界航天强国，形成了以火箭箭体为安装基架的“箭栖”对接技术，自动对接装置安装在火箭箭体上，对接及加注的过程中加注口与加泄连接器均处于相对静止状态，避免了对接和加注过程中由于箭体晃动所产生的对中及随动难度。俄罗斯作航天强国也形成了“架栖”对接技术，具有对接及脱落简便可靠、操作时间短的优点、脱落后再对接的功能，但其核心属于刚性装配技术，不可避免存在环境适应性差(只适用于加注口位于箭体尾段的火箭)、对箭体吊装和安放等配套环节要求高、装置本身体积庞大等不足之处。

公开号为CN 101398277 A的中国专利公开了一种火箭两栖自动对接与脱离机器人系统，该方案中下模板右端部分有一锥形导轨，上模板移动部分内部采用滚柱丝杠带动螺母实现水平移动，在加泄连接器与简体活门的自动对接与脱离过程中，运用了运动的相对性原理，实现上模板移动部分上下部固定的部件的不同步工作，在上下模板对接和分离的过程中，采用了锥形导向杆的导向作用，但显然该方案中对接过程主要依赖于空间位姿调节机构与箭体的相对安装位置关系，也就是说，并没有采用柔顺的对接过程，如果安装位置有偏差，则对接过程中会对箭体或对接机构产生一定的损伤。

申请公布号为CN 111994311 A的中国专利公开了一种火箭推进剂加注对接系统，包括至少两个加注管道，加注管道两端端口的轴线不重合，所有加注管道依次连通，且相邻加注管道的相邻端口之间旋转密封连接，首端的加注管道设于基座且与加注介质输出管路连通，对接组件设于末端的加注管道，加注管道与加注口连通，若干旋转组件，设于相邻加注管道之间，用于驱动相邻加注管道之间相对旋转，以使对接组件移动至加注口以实现对接连通，可见，该方案中依靠不同的加注管路的相对旋转实现末端对接组件的位置调整，这种调整方式必然存在定位效率低的问题，且直接依靠加注管路支撑对接组件，需要加注管路具有较高的支撑力，对加注管路要求较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供运载火箭推进剂自动加注机器人，以解决上述现有技术存在的问题，利用检测定位模块检测火箭加注活门的位置，并反馈信号到控制模块，利用控制模块发出控制信号控制柔顺对接与撤收模块带动加泄连接器到达与火箭加注活门的对接位置，实现对接过程的闭环控制，能够实现快速、准确、柔性的对接，避免加注机器人与箭体的碰撞，保证其安全可靠，适用更广泛的对接场景需求。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供运载火箭推进剂自动加注机器人，包括柔顺对接与撤收模块、检测定位模块以及分别与所述检测定位模块和所述柔顺对接与撤收模块信号连接的控制模块；

所述柔顺对接与撤收模块包括执行机构和连接在所述执行机构上的柔顺对接机构，所述执行机构包括固定平台、设置在所述固定平台上的转动平台以及连接在所述转动平台上的柔性机械臂，所述柔性机械臂的末端连接所述柔顺对接机构，所述柔顺对接机构夹持有用于与火箭加注活门对接的加泄连接器；

所述检测定位模块包括可调节相机和标定基板，所述可调节相机设置在所述柔顺对接机构上，并与所述控制模块信号连接，所述标定基板设置在所述火箭加注活门处。

优选地，所述柔顺对接机构包括夹持装置以及设置在所述夹持装置上的自动上架装置，所述自动上架装置包括收放机构以及与所述收放机构实现卡接和脱离的固定板，所述收放机构夹持有所述加泄连接器，所述固定板安装在所述标定基板上。

优选地，所述夹持装置上设置有锁紧装置，所述锁紧装置包括驱动结构以及连接在所述驱动结构上的可升降转轴，所述可升降转轴末端连接有旋钮卡套，所述旋钮卡套用于开关所述加泄连接器的锁紧旋钮。

优选地，所述驱动结构包括旋转驱动结构和升降驱动结构，所述旋转驱动结构设置在所述升降驱动结构上。

优选地，所述收放机构末端设置有凸杆，所述固定板对应位置设置有凹槽，所述凸杆能够卡接到所述凹槽内。

优选地，所述收放机构包括驱动端和连接在所述驱动端的收放杆，所述收放杆的另一端连接有铰链，所述铰链的末端设置有所述凸杆。

优选地，所述夹持装置上设置有减震装置，所述减震装置支撑在所述加泄连接器的外径侧。

优选地，所述减震装置包括随动减震装置和固定减震装置，所述随动减震装置安装在所述收放杆上，所述固定减震装置安装在所述夹持装置上。

优选地，包括泄露自动检测模块，所述泄露自动检测模块包括气密性检测传感器。

优选地，包括远程监控模块，所述远程监控模块包括控制台以及监视器。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本实用新型利用检测定位模块检测火箭加注活门的位置，并反馈信号到控制模块，利用控制模块发出控制信号控制柔顺对接与撤收模块带动加泄连接器到达与火箭加注活门的对接位置，实现对接过程的闭环控制，能够实现快速、准确、柔性的对接，避免加注机器人与箭体的碰撞，保证其安全可靠，适用更广泛的对接场景需求；

(2)本实用新型将柔顺对接机构定位到火箭加注活门位置后，再利用自动上架装置将加泄连接器与火箭加注活门实现推动对接和拉动撤收，一方面能够实现自动对接过程，另一方面能够降低对于柔性机械臂的施力需求，从而实现精确对接过程，避免对柔性机械臂造成损坏；

(3)本实用新型的锁紧装置依靠驱动结构控制旋钮卡套的升降移动和旋转，能够实现对加泄连接器的自动锁紧和解锁，节省了人工操作的步骤，能够实现整个过程的自动控制，降低人力需求，并保证人身安全；

(4)本实用新型收放机构末端设置有凸杆，凸杆用于卡接到箭体上安装的固定板上，从而利用简单的结构实现夹持装置所夹持的加泄连接器与箭体的火箭加注活门的自动、稳定连接，防止脱离，保证对接后的安全性；

(5)本实用新型夹持装置上设置有加泄连接器外径侧的减震装置，能够对加泄连接器的运行过程起到缓冲的作用，卸除硬接触力，实现柔顺对接，保证对接和撤收过程的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型柔顺对接机构示意图；

其中，1、固定平台；2、转动平台；3、柔性机械臂；4、柔顺对接机构；41、夹持装置；42、锁紧装置；421、可升降转轴；43、自动上架装置；431、固定板；432、铰链；433、收放杆；434、驱动端；44、减震装置；5、标定基板；6、箭体；7、加泄连接器；8、火箭加注活门。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供运载火箭推进剂自动加注机器人，以解决现有技术存在的问题，利用检测定位模块检测火箭加注活门的位置，并反馈信号到控制模块，利用控制模块发出控制信号控制柔顺对接与撤收模块带动加泄连接器到达与火箭加注活门的对接位置，实现对接过程的闭环控制，能够实现快速、准确、柔性的对接，避免加注机器人与箭体的碰撞，保证其安全可靠，适用更广泛的对接场景需求。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型提供运载火箭推进剂自动加注机器人，包括柔顺对接与撤收模块、检测定位模块以及分别与检测定位模块和柔顺对接与撤收模块信号连接的控制模块，其中，柔顺对接与撤收模块用于实现移动加泄连接器7并将其柔顺对接在箭体6上的火箭加注活门8或从火箭加注活门8处撤收，检测定位模块用于检测定位火箭加注活门8的位置并将位置信号反馈到控制模块，再利用控制模块控制柔顺对接与撤收模块的移动轨迹和目标位置。

柔顺对接与撤收模块包括执行机构和连接在执行机构上的柔顺对接机构4，执行机构包括固定平台1、设置在固定平台1上的转动平台2以及连接在转动平台2上的柔性机械臂3，转动平台2以及柔性机械臂3可以实现执行机构的六自由度运动，通过控制模块控制柔性机械臂3的机械臂各关节离合，使柔性机械臂3处于柔性随动状态。柔性机械臂3的末端连接柔顺对接机构4，柔顺对接机构4夹持有用于与火箭加注活门8对接的加泄连接器7，也就是说，柔性机械臂3的随动状态能够实现加泄连接器7与箭体6的目标火箭加注活门8的随动跟踪。需要说明的是，加泄连接器7是与火箭加注活门8实现对接连接和撤收的连接管路，其设置有与推进剂加注管路连接的接口，加泄连接器7与火箭加注活门8的对接连接方式属于现有技术，例如采用直插式弹子快速连接和滑动筒压紧方式实现对接后连接紧密和密封。还可以在加泄连接器7上设置力传感器，通过力传感器采集加泄连接器7与箭体6的火箭加注活门8的接触力参数，根据接触力大小调整柔性机械臂3关节运动卸除硬接触力，在一定程度上实现主动柔顺对接。

检测定位模块包括可调节相机和标定基板5，可调节相机设置在柔顺对接机构4上，并与控制模块信号连接，需要说明的是，可调节相机具体的设置位置不作具体限定，只要可以实现目标图像的摄取即可，标定基板5设置在火箭加注活门8处，也就是说，可调节相机摄取的是标定基板5的图像信息，并与之形成控制闭环，然后传送给控制模块进行尺寸、位置动态判别，利用物体姿态测量算法获得加泄连接器7与火箭加注活门8的相对位姿。对于标定基板5的具体结构，其可以设置有中间开口，套设在火箭加注活门8的外径侧，并通过连接板固定在箭体6上。

本实用新型利用检测定位模块检测火箭加注活门8的位置，并反馈信号到控制模块，利用控制模块发出控制信号控制柔顺对接与撤收模块带动加泄连接器7到达与火箭加注活门8的对接位置，实现对接过程的闭环控制，能够实现快速、准确、柔性的对接，避免加注机器人与箭体6的碰撞，保证其安全可靠，适用更广泛的对接场景需求。

如图2所示，柔顺对接机构4包括夹持装置41以及设置在夹持装置41上的自动上架装置43，其中，夹持装置41为安装基体，其与火箭加注活门8对应的位置设置有通孔，加泄连接器7能够穿过该通孔安装在夹持装置41上，并且，自动上架装置43包括收放机构以及与收放机构实现卡接和脱离的固定板431(通过自动上架装置43将主要荷载转移到箭体6上，减少机器人对箭体6的反作用力)，收放机构夹持有加泄连接器7，固定板431安装在标定基板5上，也就是说，加泄连接器7与夹持装置41可以相对位移，在将夹持装置41靠近火箭加注活门8后，能够利用收放机构推动加泄连接器7实现与火箭加注活门8的对接连接和撤收。因此，本实用新型将柔顺对接机构4定位到火箭加注活门8位置后，再利用自动上架装置43将加泄连接器7与火箭加注活门8实现推动对接和拉动撤收，一方面能够实现自动对接过程，另一方面能够降低对于柔性机械臂3的施力需求，也就是说不利用柔性机械臂3本身实现推动加泄连接器7的推力，从而，柔性机械臂3只负责将柔顺对接机构4运送到指定位置，而不承担施力，在能够实现精确对接过程的基础上，避免对柔性机械臂3造成损坏。

夹持装置41上还可以设置有锁紧装置42，锁紧装置42包括驱动结构以及连接在驱动结构上的可升降转轴421，可升降转轴421既可以升降又可以转动，可升降转轴421末端连接有旋钮卡套，当收放机构将加泄连接器7运送到火箭加注活门8位置后，通过控制模块可以控制驱动结构使得可升降转轴421向下动作，从而使得旋钮卡套与加泄连接器7的锁紧旋钮卡接连接，再控制可升降转轴421转动(同时包括上升动作)，进而带动旋钮卡套控制锁紧旋钮上提转动，实现锁紧操作，可升降转轴421反向动作时可实现解锁操作，然后再控制可升降转轴421上升，使得旋钮卡套与锁紧旋钮脱离卡接，加泄连接器7即可以向远离火箭加注活门8方向移动。旋钮卡套可以是套筒形式的扳手，能够扣合卡接在锁紧旋钮上并具有一定的防脱力度，对于锁紧按钮，其是加泄连接器7上锁紧器伸出加泄连接器7的部分，用于与旋转卡套卡接配合，锁紧器可以由锁销、弹簧、壳体等组成，当加泄连接器7与火箭加注活门8连接好后利用可升降转轴421的升降和旋转动作将旋钮卡套卡接到锁紧按钮上并带动锁紧器上升旋转顶住滑动筒，以锁紧加泄连接器7，从而能够进一步保证连接的可靠性和安全性，防止对接位置晃动或其他原因导致的泄漏情况发生，当解锁时，反向操作即可。需要说明的是，本实用新型所实现的是能够通过锁紧装置42控制加泄连接器7上的锁紧旋钮转动(和升降)，对于锁紧旋钮具体如何锁紧加泄连接器7以及锁紧器的具体结构均为现有技术，且不属于本实用新型的相关内容，也不影响本实用新型的具体结构和实现方式。

驱动结构可以包括旋转驱动结构和升降驱动结构，其中，旋转驱动结构用于驱动可升降转轴421的旋转，例如可以是电机驱动、连杆驱动等方式，升降驱动结构用于驱动可升降转轴421的升降，例如可以是伸缩缸、伸缩杆或直线电机等等，可以将旋转驱动结构设置在升降驱动结构上，从而能够在先升降到位后再进行旋转实现锁紧和解锁的操作。

可以在收放机构末端设置有凸杆，固定板431对应位置设置有凹槽，随着收放机构的动作，能够将凸杆卡接到凹槽内并由凹槽内撤出，实现夹持装置41与标定基板5的固定连接和脱离，进而实现柔顺对接机构4与箭体6的连接。因此，本实用新型能够利用简单的结构实现夹持装置41所夹持的加泄连接器7与箭体6的火箭加注活门8的自动、稳定连接，在连接后能够有效防止意外脱离，保证对接后的安全性。

收放机构可以包括驱动端434和连接在驱动端434的收放杆433，其中，驱动端434可以通过电机进行驱动实现往复移动(设置连杆或凸轮等结构)，也可以通过设置伸缩缸进行驱动；收放杆433穿过夹持装置41的侧壁，并依靠侧壁支撑和滑动，收放杆433的另一端连接有铰链432，铰链432的末端设置有凸杆，当收放杆433向固定板431方向移动时能够实现凸杆和凹槽的卡接，反之，实现凸杆和凹槽的脱离。

夹持装置41上还可以设置有减震装置44，减震装置44支撑在加泄连接器7的外径侧，可以用减震装置44吸收对接阻力，依靠弹性变形存储能量，在有限的弹性变形区域实现被动的柔顺补偿。

减震装置44可以包括随动减震装置和固定减震装置，随动减震装置安装在收放杆433上，能够随着收放杆433的移动而移动，进而带动加泄连接器7进行移动，固定减震装置安装在夹持装置41上，也就是说，随动减震装置相对于加泄连接器7依靠收放机构的驱动来移动的方式来说是固定不动的，因此，本实用新型的减震装置44既可以跟随加泄连接器7移动实现直接的减震效果，又可以不跟随加泄连接器7移动实现间接的减震效果，从而能够对加泄连接器7的整个运行过程起到缓冲的作用，卸除硬接触力，实现柔顺对接，保证对接和撤收过程的安全性。

本实用新型可以包括泄露自动检测模块，泄露自动检测模块包括气密性检测传感器，可完成气密性检测任务，一旦有泄漏及时停止加注，保证加注过程的顺利进行，避免推进剂的浪费和对环境的污染。

还可以包括远程监控模块，远程监控模块包括控制台以及监视器等，可将监测参数信息采集入网，实现对对接现场情况的把握与控制。

本实用新型的自动对接工作流程如下：

(1)定位，检测定位模块实时检测加泄连接器7与火箭加注活门8的相对位姿，检测定位主要包括可调节相机和力传感器，动态追踪火箭加注活门8位置，实现自动定位跟踪；

(2)对接，柔顺对接与撤收模块中的执行机构完成对火箭加注活门8的六自由度随动，使加泄连接器7与火箭加注活门8自动对接；

(3)锁紧，锁紧装置42将加泄连接器7与火箭加注活门8进行可靠锁紧(还包括自动上架装置43)；

(4)检测，泄漏自动检测模块对加泄连接器7与火箭加注活门8的连接处进行气密性检测；

(5)加注，推进剂通过加泄连接器7对箭体6贮箱进行加注；

(6)撤收，加注完毕后，柔顺对接与撤收模块中的执行机构将加泄连接器7与火箭加注活门8分离并可靠回收到安全位置。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：包括柔顺对接与撤收模块、检测定位模块以及分别与所述检测定位模块和所述柔顺对接与撤收模块信号连接的控制模块；

所述柔顺对接与撤收模块包括执行机构和连接在所述执行机构上的柔顺对接机构，所述执行机构包括固定平台、设置在所述固定平台上的转动平台以及连接在所述转动平台上的柔性机械臂，所述柔性机械臂的末端连接所述柔顺对接机构，所述柔顺对接机构夹持有用于与火箭加注活门对接的加泄连接器；

所述检测定位模块包括可调节相机和标定基板，所述可调节相机设置在所述柔顺对接机构上，并与所述控制模块信号连接，所述标定基板设置在所述火箭加注活门处。

2.根据权利要求1所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述柔顺对接机构包括夹持装置以及设置在所述夹持装置上的自动上架装置，所述自动上架装置包括收放机构以及与所述收放机构实现卡接和脱离的固定板，所述收放机构夹持有所述加泄连接器，所述固定板安装在所述标定基板上。

3.根据权利要求2所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述夹持装置上设置有锁紧装置，所述锁紧装置包括驱动结构以及连接在所述驱动结构上的可升降转轴，所述可升降转轴末端连接有旋钮卡套，所述旋钮卡套用于开关所述加泄连接器的锁紧旋钮。

4.根据权利要求3所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述驱动结构包括旋转驱动结构和升降驱动结构，所述旋转驱动结构设置在所述升降驱动结构上。

5.根据权利要求2-4任一项所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述收放机构末端设置有凸杆，所述固定板对应位置设置有凹槽，所述凸杆能够卡接到所述凹槽内。

6.根据权利要求5所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述收放机构包括驱动端和连接在所述驱动端的收放杆，所述收放杆的另一端连接有铰链，所述铰链的末端设置有所述凸杆。

7.根据权利要求6所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述夹持装置上设置有减震装置，所述减震装置支撑在所述加泄连接器的外径侧。

8.根据权利要求7所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：所述减震装置包括随动减震装置和固定减震装置，所述随动减震装置安装在所述收放杆上，所述固定减震装置安装在所述夹持装置上。

9.根据权利要求5所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：包括泄露自动检测模块，所述泄露自动检测模块包括气密性检测传感器。

10.根据权利要求5所述的运载火箭推进剂自动加注机器人，其特征在于：包括远程监控模块，所述远程监控模块包括控制台以及监视器。

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