[发明专利]基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法

说明书

本发明提供了一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法，建造系统包括设置在机架上的原料储存箱、截面建造机械臂、截面建造单元、拓展建造机械臂和拓展建造单元，截面建造机械臂将设置在原料储存箱中的球节和链杆输入到截面建造单元中，截面建造单元将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂将截面建造单元输出的截面输入到拓展建造单元中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。本发明采用不同的球节和链杆能够搭建多种几何构型的空间结构；具有零件素材可拆卸，能够重复利用；桁架具有较高的占空比的特点。

技术领域

本发明属于航空航天领域，尤其是涉及一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法。

背景技术

现阶段用于航空航天领域的大型空间桁架，指的是展开状态后长度大于50m的空间桁架，有些如太阳能电池板支撑架、通讯天线阵列背架、大型空间反射镜背架，都是采用可折展型结构，在地面上制造完毕，收拢发射后在太空中进行展开。但这种折展型的空间大型桁架结构，有以下缺点：

1、可折展机构折叠后形状不规则，放置在运载火箭的仪器舱中，空间利用率不高；

2、当可折展机构建造完毕后，只能展开成一种几何构型的空间结构；

3、大型可折展机构结构复杂，任何一个部位在展开过程中出现故障都有可能导致展开失败；

4、可折展机构的可靠性随尺寸的增大而急剧降低，因此采用可折展机构无法完成超大型空间结构的建造；

5、可折展机构的刚度较小，无法满足空间力学实验平台，飞船挂靠平台等一些大刚度需求的空间结构的刚度要求。

所以要想在航天领域，突破火箭整流罩包络限度，实现大形桁架的铺设，桁架就应该有较大的占空比，占空比就是展开的桁架所占空间体积和桁架素材所占空间体积。要想实现高占空比的空间桁架，素材就应该具有相似性，且可重复自主建造。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统及方法，来解决现有技术下，可折展型的大型空间结构发射时空间利用率不高(折叠后的尺寸受运载火箭仪器仓的尺寸限制)、展开过程中故障率高、仅能实现单一空间构型的问题，并且本系统采用不同的球节和链杆能够搭建多种几何构型的空间结构；具有零件素材可拆卸，能够重复利用；桁架具有较高的占空比的特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于球杆素材组装的大型空间桁架在轨建造系统，包括设置在机架上的原料储存箱、截面建造机械臂、截面建造单元、拓展建造机械臂和拓展建造单元，所述的截面建造机械臂将设置在原料储存箱中的球节和链杆输入到截面建造单元中，截面建造单元将球节和链杆组装成截面，拓展建造机械臂将截面建造单元输出的截面输入到拓展建造单元中，相邻的两个截面之间通过链杆组装成立体结构，依次重复组装，搭建出空间桁架。

进一步的，所述原料储存箱包括正交链杆储存箱、球节储存箱和斜交链杆储存箱，所述的正交链杆储存箱内设有若干正交链杆，所述的球节储存箱内设有若干球节，所述的斜交链杆储存箱内设有若干斜交链杆；

所述的正交链杆包括正交链杆杆轴和设置在正交链杆杆轴两端的正交链杆卡头，所述的斜交链杆包括斜交链杆杆轴和设置在斜交链杆杆轴两端的斜交链杆卡头，所述的斜交链杆杆轴的中部为可伸缩的记忆杆轴。

进一步的，所述截面建造机械臂和所述拓展建造机械臂的末端均设有一执行器，所述的执行器包括固定在连接面板上的两组正交弹性卡爪、一组斜交弹性卡爪和驱动一组斜交弹性卡爪的拉伸组件，两组所述的正交弹性卡爪平行设置在连接面板的两端，一组斜交弹性卡爪设置在连接面板的中部，