CN220548294U - 一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，包括：移动平台，其上设有用于提供平移和转向动力的驱动机构和麦克纳姆轮；升降机构，布置在移动平台上，并提供竖向动作的驱动力；搭载平台，设置在升降机构的动作末端，且所述搭载平台上设置有机械手，所述机械手的执行末端固定有第一安装板，所述第一安装板通过快换组件可拆卸的连接有第二安装板，所述第二安装板用于连接维护工装，以驱动维护工装在航天器上的待维护位置并模拟维护工装的工作位姿，在地面环境下针对维护工装进行模拟。
Description
技术领域
本实用新型涉及航天设备技术领域，具体涉及一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置。
背景技术
目前，航天器维护工装是专门设计和用于航天器维护和修理过程中的设备和工具。它们旨在帮助航天工程师和技术人员执行维护任务，确保航天器的正常运行和长时间的可靠性，
航天器维护工装的主要提供维护和修理，测试和检测航天器性能的工装和设备，同时还为工作人员提供操作和维修过程中的安全保障，因此，航天器维护工装是不可或缺的设备和工具，用于支持航天器的维护和修复工作，提供了必要的设备、装备和支持，确保航天器在运行期间和维护期间的安全和可靠性。
因此，航天器的维护工装同样需要保证其自身的位姿和操作，以及活动的可达性和可操作性，需要一种能够在地面环境下针对维护工装的模拟装置。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置。
本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，包括：
移动平台，其上设有用于提供平移和转向动力的驱动机构和麦克纳姆轮；
升降机构，布置在移动平台上，并提供竖向动作的驱动力；
搭载平台，设置在升降机构的动作末端，且所述搭载平台上设置有机械手，所述机械手的执行末端固定有第一安装板，所述第一安装板通过快换组件可拆卸的连接有第二安装板，所述第二安装板用于连接维护工装，以驱动维护工装在航天器上的待维护位置并模拟维护工装的工作位姿。
进一步，还包括与模拟装置构成控制连接的控制器，所述控制器包括空间信息储存单元，以及至少连接于执行末端的位置传感单元，所述空间信息储存单元内储存有以航天器为基准构件的空间坐标系，以及执行末端的初始位置信息，所述位置传感单元连接于执行末端并传输和记录当前空间位置信息。
进一步，所述执行末端一侧延伸有设有一控制按钮，所述控制按钮与控制器连接，以驱使所述执行末端或模拟装置回到初始位置。
进一步，所述移动平台底部设有调平组件，所述调平组件包括内置于移动平台底部的若干个驱动缸，所述驱动缸的动作端抵接于地面，并驱使移动平台保持水平。
进一步，所述快换组件包括构成在第二安装板内的安装座，螺设在安装座内的活动杆，以及被约束在安装座内的钢球，所述活动杆上设有斜顶面，所述斜顶面随活动杆相对安装座移动，并允许钢球收容至安装座内，或挤压钢球伸出至安装座外侧，所述第一安装板内设有用于承接钢球伸出部分的止挡面。
进一步，所述移动平台的相对角设置有激光避障单元，所述激光避障单元与控制器连接，以控制移动平台减速或停止。
进一步，所述机械手上设置有六维传感器和力反馈装置。
进一步，所述移动平台的前端还设有超声波测距单元。
进一步，所述移动平台的底部设置有安全触边，所述安全触边环绕移动平台设置，且所述激光避障单元和/或超声波测距单元均被设置在安全触边在移动平台外侧所构成的安全区域以内。
进一步，所述移动平台通过激光避障单元和超声波测距单元在其两侧形成第一减速控制区，在其前方形成减速停止区，在减速停止区前方形成第二减速控制区，并在第一减速控制区和第二减速控制区内被设置为触发减速到预期速度，在减速停止区内被设置为触发减速至停止。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：本实用新型通过在地面环境下配置一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，为航天员在轨维修时的位姿和操作提供了模拟，从而验证维修活动的可达性和可操作性，实现航天器的圆周表面的可达性验证，以及利用机械手上的六维传感器和力反馈器达到柔顺装配的应用场景；
本实用新型的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，通过由麦克纳姆轮驱动的移动平台实现装置无死角的全向行走，通过升降机构和机械手扩大活动范围，并结合机械手的力反馈器和六维传感器，实现执行末端的流畅顺滑动作，以对空间内位置的行走和动作进行姿态模拟，并且，移动平台通过激光避障单元和超声波测距单元，及其周侧的安全触边极大程度上提高安全性；
在操作过程中，通过快换组件实现待测维护工装的快速更换，操作方便快捷。
附图说明
图1为本实用新型的模拟工装的整体结构示意图；
图2为本实用新型的拆除柔性防尘罩后的整体结构示意图；
图3为本实用新型的俯视图；
图4为本实用新型的机械手的结构示意图；
图5为本实用新型的控制按钮的结构示意图；
图6为本实用新型的快换组件的结构示意图；
图7为本实用新型的控制器的连接框图；
图8为本实用新型的控制器与移动平台的控制框图；
图9为本实用新型的移动平台的底部结构示意图；
图10为本实用新型的移动平台的避障示意图；
图中：1、移动平台；1.1、驱动机构；1.2、麦克纳姆轮；1.3、安全触边；
2、升降机构；2.1、搭载平台；
3、机械手；4.1、执行末端；5、第一安装板；5.1、止挡面；6、第二安装板；
7、快换组件；7.1、安装座；7.11、轴向通道；7.12、径向通道；
7.2、活动杆；7.21、上杆体；7.22、下杆体；7.23、斜顶面；
7.3、钢球；7.4、弹簧；7.5、助力扳手；
8、控制按钮； 9、驱动缸；
10、激光避障单元； 11、超声波测距单元；
12、第一减速控制区； 13、减速停止区； 14、第二减速控制区；
15、控制器；
16、空间信息储存单元； 17、位置传感单元； 18、模拟信息储存单元；
19、路径信息储存单元； 100、模拟装置；
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。
应当理解尽管在本文中出现了术语上、中、下、顶端、一端等以描述各种元件，但这些元件不被这些术语限制。这些术语仅用于将元件彼此区分开以便于理解，而不是用于定义任何方向或顺序上的限制。
如图1-10所示，一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，包括：
移动平台1，其上设有用于提供平移和转向动力的驱动机构1.1和麦克纳姆轮1.2；
升降机构2，布置在移动平台1上，并提供竖向动作的驱动力；
搭载平台2.1，设置在升降机构2的动作末端，且搭载平台2.1上设置有机械手3，机械手3的执行末端4.1固定有第一安装板5，第一安装板5通过快换组件7可拆卸的连接有第二安装板6，第二安装板6用于连接维护工装，其中，第二安装板6上设有供若干个供维护工装连接的安装孔，通过在执行末端4.1连接维护工装，以驱动维护工装至航天器上的待维护位置，并模拟维护工装的工作位姿，从而在航空器的圆周表面实施维护工装的可达性验证。
如图1和图2所示，其中，升降机构2上设置有柔性防尘罩，柔性防尘罩随搭载平台2.1移动而压缩或扩张。
其中，机械手3优选为柔性机械手3，其上设置有力控系统，力控系统包括六维传感器和力反馈装置，实现操作人员与维护工装之间的操作与力学反馈，力反馈单装置实现接触力闭环控制，同时也可以满足操作人员自由拖拽功能，在实际操作过程中，通过力控系统对负载力进行测量，并感知操作人员的控制力，以传输至控制器15驱动机械手3运动，使得执行末端4.1能够顺滑流畅且精确的到达指定位置，进行需要的姿态变化。
得益于上述的力控系统，操作人员得以在移动平台1和升降平台达到预定位置后，通过手动的方式对执行末端4.1进行拖曳，从而微调维护工装的模拟姿态，在此状态下，操作人员可直接对维护工装进行安装、调试和操作，以及对应产品的抓取移载。
如图7所示，具体的，还包括与模拟装置100构成控制连接的控制器15，控制器15包括空间信息储存单元16，以及至少连接于执行末端4.1的位置传感单元17，空间信息储存单元16内储存有以航天器为基准构件的空间坐标系，以及执行末端4.1的初始位置信息，位置传感单元17连接于执行末端4.1并传输和记录当前空间位置信息。
优选的，位置传感单元17的数量为多个，且分别作用于移动平台1、升降机构2、机械手3和执行末端4.1，从而得到模拟装置100每一执行机构的空间位置信息，在另一些实施例中，也可在每一动作端设置位置传感单元17，例如移动平台1的每一麦克纳姆轮1.2，以精确位置信息。
其中，控制器15还可用于接收指令信号，并根据指令信号控制移动平台1、升降平台和机械手3移动至指令位置，随后由操作人员拖曳和操作执行末端4.1，对维护工装进行姿态模拟。
控制器15还连接有模拟信息储存单元18，在完成模拟操作后，由模拟信息储存单元18记录维护工装的可达位置，以及维护工装的可实施姿态在空间坐标系中的位置，
作为可选的，控制器15还连接有路径信息储存单元19，路径信息储存单元19用于存储模拟工装从初始位置至可达位置，以及可模拟姿态的路径信息，从而便于操作人员进一步验证模拟可行性，以及在实操过程中的路径引导。
在位置模拟过程中，需要对多个位置进行可达性验证和姿态模拟，为减少操作人员的工作强度，以及路径信息的准确性，在维护工装的外侧对应操作人员的可触范围内设置有控制按钮8，该控制按钮8具体延伸在执行末端4.1的一侧，控制按钮8与控制器15连接，得益于空间信息储存单元16，以通过控制器15驱使执行末端4.1或模拟装置100回到初始位置，从而方便下一次模拟操作，优化和提高维护工装模拟的工作效率。
如图9所示，在另一些实施例中，在到达指令位置后，模拟装置100需要固定在当前的平面位置，在移动平台1底部设有调平组件，调平组件包括内置于移动平台1底部的若干个驱动缸9，在模拟装置100停止到位后，驱动缸9的动作端伸出并抵接于地面，从而支撑移动平台1保持水平，并稳定位置。
优选的，驱动缸9布置在移动平台1的周侧，也可在移动平台1表面设置水平基准面和水平感应传感器，控制器15与水平感应传感器、调平组件构成控制连接，以分别控制驱动缸9的伸出行程，以保证模拟装置100的水平稳定性。
如图6所示，在另一些实施例中，为进一步提高操作人员对多个维护工装的更换效率，本实用新型还提供快换组件7，快换组件7包括构成在第二安装板6内的安装座7.1，螺设在安装座7.1内的活动杆7.2，以及被约束在安装座7.1内的钢球7.3，
其中，安装座7.1的轴向方向上设置有供活动杆7.2伸入在其内的轴向通道7.11，在安装座7.1的径向方向上设置有供钢球7.3容置的径向通道7.12，且径向通道7.12连通轴向通道7.11设置，进一步的，活动杆7.2上设有斜顶面7.23，斜顶面7.23随活动杆7.2相对安装座7.1移动，当活动杆7.2向上动作，斜顶面7.23向上远离径向通道7.12是，允许钢球7.3向内动作收容至安装座7.1内，或挤压钢球7.3伸出至安装座7.1外侧，第一安装板5内设有用于承接钢球7.3伸出部分的止挡面5.1。
具体的，第一安装板5和第二安装板6内部设有用于供安装座7.1穿设的安装通道，在拆卸过程中，安装座7.1离开安装通道向上动作，伸出的钢球7.3在安装通道的表面挤压下收容进入安装座7.1内，并且，止挡面5.1构成在安装通道对应第一安装板5的部位，在该部位，通过止挡面5.1在第一安装板5内形成径向大于安装座7.1外径的空间，此时，钢球7.3能够在斜顶面7.23的抵压下伸出并抵接在止挡面5.1上。
具体的，活动杆7.2包括具有螺纹段的上杆体7.21，以及与钢球7.3接触配合的下杆体7.22，上杆体7.21上还连接有助力扳手7.5，通过助力扳手7.5驱动活动杆7.2上行，从而允许下杆体7.22上行。
优选的，上杆体7.21与下杆体7.22之间设有弹簧7.4，斜顶面7.23构成在下杆体7.22底部，从而为钢球7.3施加始终向外挤压的作用力，在更换过程中，可以是通过钢球7.3在止挡面5.1处的挤压作用于下杆体7.22的斜顶面7.23，以迫使下杆体7.22上行。
作为可选的，弹簧7.4也可直接连接于上杆体7.21和下杆体7.22，以通过上杆体7.21直接拉动下杆体7.22上行。
如图2和图3所示，具体的，移动平台1的相对角设置有激光避障单元10，激光避障单元10与控制器15连接，以控制移动平台1减速或停止，移动平台1的前端还设有超声波测距单元11。
具体的，移动平台1的底部设置有安全触边1.3，安全触边1.3环绕移动平台1设置，且激光避障单元10和/或超声波测距单元11均被设置在安全触边1.3在移动平台1外侧所构成的安全区域以内。
具体的，移动平台1通过激光避障单元10和超声波测距单元11在其两侧形成第一减速控制区12，在其前方形成减速停止区13，在减速停止区13前方形成第二减速控制区14，并在第一减速控制区12和第二减速控制区14内被设置为触发减速到预期速度，在减速停止区13内被设置为触发减速至停止。
移动平台1通过激光避障单元10和超声波测距单元11，及其周侧的安全触边1.3极大程度上提高安全性，确保模拟工装的验证工作的可行性，并以此得以进一步模拟在复杂工况下的位置到达模拟工作。
本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于，包括：
移动平台(1)，其上设有用于提供平移和转向动力的驱动机构(1.1)和麦克纳姆轮(1.2)；
升降机构(2)，布置在移动平台(1)上，并提供竖向动作的驱动力；
搭载平台(2.1)，设置在升降机构(2)的动作末端，且所述搭载平台(2.1)上设置有机械手(3)，所述机械手(3)的执行末端(4.1)固定有第一安装板(5)，所述第一安装板(5)通过快换组件(7)可拆卸的连接有第二安装板(6)，所述第二安装板(6)用于连接维护工装，以驱动维护工装在航天器上的待维护位置并模拟维护工装的工作位姿。
2.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：还包括与模拟装置(100)构成控制连接的控制器(15)，所述控制器(15)包括空间信息储存单元(16)，以及至少连接于执行末端(4.1)的位置传感单元(17)，所述空间信息储存单元(16)内储存有以航天器为基准构件的空间坐标系，以及执行末端(4.1)的初始位置信息，所述位置传感单元(17)连接于执行末端(4.1)并传输和记录当前空间位置信息。
3.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述执行末端(4.1)一侧延伸有设有一控制按钮(8)，所述控制按钮(8)与控制器(15)连接，以驱使所述执行末端(4.1)或模拟装置(100)回到初始位置。
4.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述移动平台(1)底部设有调平组件，所述调平组件包括内置于移动平台(1)底部的若干个驱动缸(9)，所述驱动缸(9)的动作端抵接于地面，并驱使移动平台(1)保持水平。
5.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述快换组件(7)包括构成在构成在第二安装板(6)内的安装座(7.1)，螺设在安装座(7.1)内的活动杆(7.2)，以及被约束在安装座(7.1)内的钢球(7.3)，所述活动杆(7.2)上设有斜顶面(7.23)，所述斜顶面(7.23)随活动杆(7.2)相对安装座(7.1)移动，并允许钢球(7.3)收容至安装座(7.1)内，或挤压钢球(7.3)伸出至安装座(7.1)外侧，所述第一安装板(5)内设有用于承接钢球(7.3)伸出部分的止挡面(5.1)。
6.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述移动平台(1)的相对角设置有激光避障单元(10)，所述激光避障单元(10)与控制器(15)连接，以控制移动平台(1)减速或停止。
7.如权利要求1所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述机械手(3)上设置有六维传感器和力反馈装置。
8.如权利要求6所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述移动平台(1)的前端还设有超声波测距单元(11)。
9.如权利要求6所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述移动平台(1)的底部设置有安全触边(1.3)，所述安全触边(1.3)环绕移动平台(1)设置，且所述激光避障单元(10)和/或超声波测距单元(11)均被设置在安全触边(1.3)在移动平台(1)外侧所构成的安全区域以内。
10.如权利要求8所述的一种用于航天器维护工装的位姿模拟装置，其特征在于：所述移动平台(1)通过激光避障单元(10)和超声波测距单元(11)在其两侧形成第一减速控制区(12)，在其前方形成减速停止区(13)，在减速停止区(13)前方形成第二减速控制区(14)，并在第一减速控制区(12)和第二减速控制区(14)内被设置为触发减速到预期速度，在减速停止区(13)内被设置为触发减速至停止。
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