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空间站用控制力矩陀螺顺利通过环境试验

专题 | TA让航天器总装更给力

2016-07-29 中国空间技术研究院

日前,在中国空间技术研究院天津大型航天器AIT的总装区,出现了一个奇怪的家伙,它的身边围绕了好多人,只见它用自己的身躯托举了125kg重的"球体",完成了"球体"的安装工作。所有人都在惊呼,那么如此奇怪的家伙到底有什么特别之处呢?

什么是机器人总装?

顾名思义,机器人总装是指将机器人用于大型航天器装配过程之中,利用机器人的智能化、自动化,通过执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统等多系统集成完成航天器装配任务。

为什么要开展机器人总装?

大型航天器舱外大重量设备的总装一直是困扰我们的一个难点及风险点,传统的安装方式已不再适用于大型航天器总装过程。舱外"球形力矩陀螺"具有结构复杂、重量体积大、安装精度高、接口形式复杂等诸多难点,国内乃至国际上对如此结构形式和重量的设备尚没有相关安装说明,中国空间技术研究院下属北京卫星环境工程研究所的技术人员提前在"球体"设计之初,进行协同攻关,早早制定了安装方案——机器人精密装配系统。

机器人总装的特点

机器人总装首显神威

天津基地大型航天器舱外布局了较多大重量的设备,给航天器的总装带来了严峻的挑战,其中力矩陀螺最为典型,它是大型航天器在轨过程舱体姿态控制的关键设备,外形像皮球一样,我们亲切的称之为"球体"。它的重量达到了125kg,在安装过程中需要使这个"球体"精准地落入到与之仅有3mm缝隙的"球网"里,该如何安全可靠地完成如此严峻的挑战呢?

北京卫星环境工程研究所于2015年1月12日正式成立专业的研制团队,经过对"球体"安装的工况分析、方案论证,于2015年3月10日确定采用"机器人精密装配系统"来实现"球体"安装,在方案分析、选型详细设计、仿真分析及人机工效学评价等方面下足了功夫。经过反复论证,最终决定采用500kg机械臂作为主体,设计了其末端可以操作的"手",并将人的感知注入到机械臂内部。通过人来操控机械臂末端的"手"拾取"球体",同时机械臂末端的"手"通过感知人手的力进行路径规划和位置移动,直接将人的思维传递给机械臂。经过地面反复试验验证,"机器人精密装配系统"最终于2016年6月22日首次亮相天津AIT,实现了"球形力矩陀螺"的精确安装。这套系统不仅是实现"球形力矩陀螺"安装的设备,还是人类智慧的延续,绝对称得上是一个"机器人精密装配系统"。

未来前景

未来,航天器总装工作将面临更多的舱外大重量产品,"球形力矩陀螺"仅仅是其中一种,还有很多不同结构形式的大重量设备等待着"机器人精密装配系统"去完成它的使命。通过改造"机器人精密装配系统" 末端的"手",我们可以实现对不同安装状态设备的装配,满足大型航天器精密装配的需求,也可以将"机器人精密装配系统"扩展应用到不同型号航天器的总装过程,我们也能够实现航天器的智能化总装,形成智能工厂。同时,通过改变"机器人精密装配系统"搭载的产品,我们还能够实现自动化精测及检漏等相关专业测试,让专业测试更加智能化。

今后,北京卫星环境工程研究所将结合"机器人精密装配系统"设计理念,进一步推广智能化装备,推动"宇航智造工程"建设,促进该所智能化装备升级,为大型航天器智能装配描绘一幅更广阔的前景。


机器人精密装配系统助力北京卫星环境工程研究所型号研制

2016-07-20 北京卫星环境工程研究所

日前,我所在天津AIT总装II区采用500kg机械臂辅助进行了大型航天器舱外大重量设备——力矩陀螺的安装工作。在整个研制队伍的共同协作下,经过两天的奋战,终于实现了力矩陀螺装舱工作。

今年是我所型号研制的高峰年,型号任务多,时间紧,尤其是一些大型航天器舱外布局了较多大重量设备,给我所航天器的总装工作带来了一定的难度以及提出了更高的要求,其中力矩陀螺最为典型,它是大型航天器在轨过程舱体姿态控制的关键设备,不仅数量多,重量大而且结构复杂安装精度要求高,执行难度大,使得安装过程存在极大风险,故无法采用传统吊装方式进行安装。

现阶段各总装任务重,舱外大重量设备一直是一个难点及风险点,传统的吊装总装方式已不再适用于大型航天器总装过程,无法满足高精度安装要求。

针对某些型号力矩陀螺结构复杂,重量体积大、安装精度高、接口形式复杂等难点,为了保证型号总装过程安装可靠,状态可控,我所总装技术研究室提前在总体设计之初,进行协同攻关,拟采用500kg机器人精密装配系统实现力矩陀螺安装。为保证安装过程顺利完成,经过对力矩陀螺安装工况分析,采用先进数字化仿真手段对力矩陀螺安装全流程进行人机工效学仿真,对力矩陀螺的安装顺序、安装状态、危险点等进行了识别和故障预案分析,实现力矩陀螺总装过程全状态可控。在方案制定完成后,经过与多方专家反复研讨,最终确定采用机械臂精密装配系统实现力矩陀螺安装,确保了型号总装质量。

大型航天器舱外大重量产品较多,采用机械臂精密装配系统实现力矩陀螺安装,可以为后续舱外大重量设备的精确安装提供充分的借鉴和参考。同时,机械臂精密装配系统在我所的逐步应用,也将推动“宇航智造工程”建设,促进我所智能化装备升级,为大型航天器智能装配描绘一幅更广阔的前景。

撰文:王鹏飞


国内最大控制力矩陀螺产品顺利通过环境试验

来源:中国航天报     日期:2016/05/27

图为研制人员正开展热真空试验准备工作。薛英民 摄 田兴 文

          近日,由中国航天科技集团公司五院502 所研制的国内最大控制力矩陀螺(CMG)产品顺利通过环境试验,各项性能指标满足任务要求,将用于我国空间站建设。

          该产品突破了长寿命大惯量高速轴系、高精度框架伺服控制等多项关键技术,验证了产品的环境适应性,为我国空间站建设奠定了基础。


空间站用控制力矩陀螺转入研制新阶段

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控制力矩陀螺线路调试人员正在认真进行单板性能测试

       日前,中国航天科技集团公司五院502所研制的空间站用大型单框架控制力矩陀螺(CMG)产品正式转入研制新阶段,正在进行紧张调试,这是我国目前输出力矩最大、结构最复杂的新一代CMG产品。该产品研制成功投入应用后,可满足我国未来空间站等大型航天器的姿态控制需求。(薛英民 鲁明)


我国迈入大型飞轮研制新阶段 

        日前,中国航天科技集团公司五院502所承担的国内最大角动量飞轮完成了多项关键技术攻关,标志着我国迈入大型飞轮研制新阶段,成为国际上极少数几个掌握该技术的国家之一。

        该产品是新一代大型卫星平台上的关键单机之一,采用数字化、一体化技术,转速高、负载大、寿命长。为吃透技术,确保产品长寿命高可靠,科研人员对关键技术进行深入分析、多层次验证。


954169.jpg技术人员正在对单框架控制力矩陀螺产品进行测试。图右为国际空间站使用的控制力矩陀螺系统(Control Moment Gyro)

       近日,中国航天科技集团公司五院502所研制成功了我国目前输出力矩最大、结构最复杂的新一代单框架控制力矩陀螺产品,突破了多项关键技术,顺利完成了模样产品研制与环境摸底试验工作,为产品后续研制奠定了基础。(李刚 薛英民)

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