阅读说明：本技术 一种柔性薄膜在轨拼接装置及拼接方法 (Flexible film on-orbit splicing device and splicing method ) 是由 李伟杰 王耀兵 杨飞 张伟伟 马超 唐钧跃 苏小波 于 2020-05-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种柔性薄膜在轨拼接装置及拼接方法,装置包括空间机械臂和拼接机构,柔性薄膜为正六边形薄膜单元,空间机械臂包括大臂和两个小臂,两个小臂对称布置在大臂的顶端,在每个小臂的末端均设有一正六边形执行器,在正六边形执行器的边角处设有电磁铁,相应在正六边形薄膜单元的边角处设有铁片,且正六边形薄膜单元尺寸与正六边形执行器尺寸相同,正六边形执行器上的电磁铁与正六边形薄膜单元上的铁片一一对应布置；空间机械臂的两个小臂分别抓取一正六边形薄膜单元并将两个正六边形薄膜单元对接后,拼接机构对两个正六边形薄膜单元拼接。本发明实现正六边形片状薄膜的快速抓取、定位、拼接与展开,连接可靠性高,灵活性高,占用空间小。(The invention provides an on-orbit splicing device and a splicing method for a flexible film, wherein the device comprises a space manipulator and a splicing mechanism, the flexible film is a regular hexagon film unit, the space manipulator comprises a big arm and two small arms, the two small arms are symmetrically arranged at the top end of the big arm, a regular hexagon actuator is arranged at the tail end of each small arm, electromagnets are arranged at the corners of the regular hexagon actuators, iron sheets are correspondingly arranged at the corners of the regular hexagon film units, the size of each regular hexagon film unit is the same as that of each regular hexagon actuator, and the electromagnets on the regular hexagon actuators and the iron sheets on the regular hexagon film units are arranged in a one-to-one correspondence manner; two small arms of the space manipulator respectively grab a regular hexagon film unit and butt joint the two regular hexagon film units, and then the splicing mechanism splices the two regular hexagon film units. The invention realizes the quick grabbing, positioning, splicing and unfolding of the regular hexagon sheet-shaped film, and has high connection reliability, high flexibility and small occupied space.)

一种柔性薄膜在轨拼接装置及拼接方法

技术领域

本发明属于航空航天在轨组装技术领域，尤其是涉及一种柔性薄膜在轨拼接装置及拼接方法。

背景技术

柔性薄膜单元由功能区、支撑区、拼接区三部分组成。功能区实现薄膜在轨功能需求；支撑区采用充气方式实现薄膜的支撑，保证各个方向稳定性；拼接区为连接区域。柔性薄膜单元以六边形片状形式储存，柔性薄膜具有单元规格统一；大收纳比；在轨组装灵活性强的优点，因此现在航天领域多选择柔性薄膜进行在轨建造，也就是根据任务需求对六边形片状薄膜进行转移、定位与拼接，现有薄膜定位不准确，为后续拼接带来麻烦，且但现有并没有适用的定位机构来保证拼接的可靠性，因此有必要设计一种抓取方便，定位准确，拼接可靠性高的柔性薄膜在轨拼接装置。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种柔性薄膜在轨拼接装置及拼接方法，实现正六边形片状薄膜的快速抓取、定位、拼接与展开，连接可靠性高，灵活性高，占用空间小。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种柔性薄膜在轨拼接装置，包括空间机械臂和拼接机构，所述柔性薄膜为正六边形薄膜单元，所述空间机械臂包括大臂和两个小臂，两个小臂对称布置在大臂的顶端，且在每个小臂的末端均设有一正六边形执行器，在正六边形执行器的边角处设有电磁铁，相应的，在正六边形薄膜单元的边角处设有铁片，且正六边形薄膜单元尺寸与正六边形执行器尺寸相同，正六边形执行器上的电磁铁与正六边形薄膜单元上的铁片一一对应布置；

空间机械臂的两个小臂分别抓取一正六边形薄膜单元并将两个正六边形薄膜单元对接后，所述拼接机构对两个正六边形薄膜单元拼接。

进一步的，在正六边形执行器的六个边角处均设有一电磁铁，相应的，在正六边形薄膜单元的六个边角处也均设有一铁片，电磁铁通电时，电磁铁吸引铁片，正六边形执行器抓取正六边形薄膜单元。

进一步的，所述正六边形执行器为框架式结构。

进一步的，所述拼接结构为封口机。

进一步的，所述电磁铁固设在正六边形框架式结构边角的内部。

进一步的，所述铁片为圆形、三角形或方形。

一种利用柔性薄膜在轨拼接装置拼接柔性薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤一、前期准备：在地面上对正六边形薄膜单元素材进行打包，由运载火箭发射至太空；

步骤二、空间机械臂取膜：控制空间机械臂的小臂运动，使得两个小臂的正六边形执行器各抓取一正六边形薄膜单元，使两个正六边形薄膜单元处于同一平面同一高度；

步骤三、空间机械臂对接薄膜：控制空间机械臂的小臂转动，使得两个正六边形薄膜单元正对，再次控制空间机械臂使得两个小臂运动，使得两个正六边形薄膜单元的面与面之间贴合；

步骤四：拼接薄膜：利用拼接机构对步骤三中的两个正六边形薄膜单元的其中一个边进行拼接；

步骤五、空间机械臂展开已拼接薄膜：拼接完成后，控制空间机械臂对已拼接两正六边形薄膜单元展开呈180°，形成正六边形薄膜单元组，然后控制两个正六边形执行器释放正六边形薄膜单元组；为下一个正六边形薄膜单元拼接做准备；

步骤六、控制空间机械臂的小臂运动，使得其中一个小臂的正六边形执行器抓取步骤五中的正六边形薄膜单元组，另一个小臂的正六边形执行器抓取另一正六边形薄膜单元；

步骤七、重复步骤三至步骤六，依次完成正六边形薄膜单元的拼接。

进一步的，所述步骤二中，空间机械臂取膜前，调节空间机械臂的两个小臂上的正六边形执行器的位置，使得两个正六边形执行器处于同一平面同一高度处

相对于现有技术，本发明所述的一种柔性薄膜在轨拼接装置具有以下优势：

1、六边形薄膜单元素材采用在轨组装，对薄膜气路管道注入气体可以对其进行支撑。六边形薄膜基材。利用空间机械臂，动作灵活，抓取，对接，展开动作迅速，且采用电磁铁和铁片配合，抓取可靠性高，且定位精度高，便于六边形薄膜单元的快速组装。

2、本申请的六边形薄膜单元素材采用在轨组装，实现薄膜之间的快速拼接与展开，连接可靠性高。

3、本发明中的拼接装置与正六边形薄膜单元素材可以分批次运入太空，而且在将拼接装置运送到太空后，后续建造任务只需运送正六边形薄膜单元素材即可。

4、柔性薄膜单元组具有较高的占空比，适用于航空航天领域。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的正六边形薄膜单元的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的空间机械臂的结构示意图；

图3为正六边形执行器的结构示意图；

图4为空间机械臂取模动作示意图；

图5为空间机械臂取模对接及拼接动作示意图；

图6为空间机械臂展开动作示意图。

附图标记说明：

1-空间机械臂，2-拼接机构，3-正六边形薄膜单元，4-大臂，5-小臂，6-正六边形执行器，7-电磁铁，8-铁片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图6所示，一种柔性薄膜在轨拼接装置，包括空间机械臂1和拼接机构2，所述柔性薄膜为正六边形薄膜单元3，所述空间机械臂1包括大臂4和两个小臂5，两个小臂5对称布置在大臂4的顶端，且在每个小臂5的末端均设有一正六边形执行器6，且在正六边形执行器6的边角处设有电磁铁7，相应的，在正六边形薄膜单元3的边角处设有铁片8，且正六边形薄膜单元3尺寸与正六边形执行器6尺寸相同，正六边形执行器6上的电磁铁7与正六边形薄膜单元3上的铁片8一一对应布置；

空间机械臂1的两个小臂5分别抓取一正六边形薄膜单元3并将两个正六边形薄膜单元3对接后，所述拼接机构2对两个正六边形薄膜单元3拼接。

在正六边形执行器6的六个边角处均设有一电磁铁7，相应的，在正六边形薄膜单元3的六个边角处也均设有一铁片8，电磁铁7通电时，电磁铁7吸引铁片8，正六边形执行器6抓取正六边形薄膜单元3。

正六边形执行器6为框架式结构，具有减重的效果。拼接结构2为封口机，属于现有结构，在这里就不再赘述，利用封口机对已对接的两个正六边形薄膜单元3进行其中一个边封口。

电磁铁7固设在正六边形框架式结构边角的内部，隐藏在正六边形框架式结构内，既实现了在太空中对电磁铁7的保护，又避免了对正六边形薄膜单元3造成损坏。铁片8为圆形、三角形或方形，方便与电磁体7配合，连接可靠。

空间机械臂1能够完成对正六边形薄膜单元3的抓取、正对、对接、拼接与展开，自动化程度高，能够实现正六边形薄膜单元的快速拼接。

一种利用柔性薄膜在轨拼接装置拼接柔性薄膜的方法，包括以下步骤：

步骤一、前期准备：在地面上对正六边形薄膜单元3素材进行打包，由运载火箭发射至太空；

步骤二、空间机械臂取膜：控制空间机械臂1的小臂5运动，使得两个小臂5上的正六边形执行器6各抓取一正六边形薄膜单元3，使两个正六边形薄膜单元3处于同一平面同一高度；

步骤三、空间机械臂对接薄膜：控制空间机械臂1的小臂5转动，使得两个正六边形薄膜单元3正对，再次控制空间机械臂1使得两个小臂5运动，使得两个正六边形薄膜单元3的面与面之间贴合；

步骤四：拼接薄膜：利用拼接机构2对步骤三中的两个正六边形薄膜单元3的其中一个边进行拼接；

步骤五、空间机械臂展开已拼接薄膜：拼接完成后，控制空间机械臂1对已拼接两正六边形薄膜单元3展开呈180°，形成正六边形薄膜单元组，然后控制两个正六边形执行器释放正六边形薄膜单元组；为下一个正六边形薄膜单元3拼接做准备；

步骤六、控制空间机械臂1的小臂5运动，使得其中一个小臂5的正六边形执行器6抓取步骤五中的正六边形薄膜单元组，另一个小臂5的正六边形执行器6抓取另一正六边形薄膜单元3；

步骤七、重复步骤三至步骤六，依次完成正六边形薄膜单元3的拼接。

其中，步骤二中，空间机械臂1取膜前，调节空间机械臂1的两个小臂5上的正六边形执行器6的位置，使得两个正六边形执行器6处于同一平面同一高度处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。