[发明专利]一种适用于机械臂在轨重复爬行的供电安全可控设计方法

说明书

本发明提供一种适用于机械臂在轨重复爬行的供电安全可控设计方法。通过设计双母线供电体制、多路分级可控功率母线、多级可控指令母线、多路径指令驱动线路，为空间站机械臂在轨爬行任务提供电气链路有效控制策略以及功率链路安全管理。

技术领域

本发明属于航天器供配电系统设计领域，涉及一种适用于机械臂在轨重复爬行的供电安全可控设计方法。

背景技术

机械臂采用7个自由度机械臂方案，本体由7个关节、2个末端执行器、2个臂杆、1个中央控制器以及1套视觉相机系统组成。为覆盖整个空间站包络对机械臂支持任务的需求，机械臂采用“爬行”的方式，通过末端执行器与舱壁上安装的目标适配器进行多次的对接和分离，实现在舱体表面的移动需求。

在空间站任务之前，我国航天对于机械臂的在轨任务支持还处于探索阶段，曾在“嫦娥五号”卫星上安装了表取机械臂，实现了月球采样任务。表取机械臂采用固定式结构，执行任务期间，机械臂不移动，支持机械臂工作的功率及信息链路一直保持接通状态。此设计不能满足空间站机械臂在轨重复“爬行”时，功率及信息链路需要在移动到舱体不同目标适配器时多次接通及断开的需求。

1)电气链路控制策略

国内载人航天已经通过交会对接方式实现两个飞行器的连接与分离，两个飞行器之间的电气接口包括：并网供电功率及信息总线接口。在两个飞行器交会对接准备阶段，通过执行开关控制并网供电功率接口、信息总线接口始终处于断开状态，确保整个交会对接过程中两个飞行器的对接面电气接口不带电。在交会对接结束形成组合体后，再控制开关接通，实现两个飞行器之间并网供电功率及信息总线通讯的连通。

上述电气链路控制策略不满足空间站机械臂任务需求，主要体现如下：

空间站机械臂在轨“爬行”任务中，电气链路需要传输多路信息，包含：功率接口、指令母线接口、遥控指令接口、遥测参数接口、信息总线接口以及以太网络接口。在机械臂不同“爬行”状态下，各个单机设备工作状态不同，功率链路必须采取多路分级控制，电气链路控制策略更复杂。同时，信息链路不能完全断开，存在带电插接及拔离需求，接口电路需要采取安全防护措施。

2)功率链路安全管理

为确保航天员舱外作业的安全，在100V高压功率的传输路径上需杜绝短路、漏电等安全隐患。在交会对接任务中，供电母线采用单母线、继电器开关控制，不具备智能管理能力。在故障情况下，只能断开并网供电链路，导致组合体并网任务失败。此设计不能满足空间站“一重故障保业务连续、二重故障保航天器安全”的目标。机械臂在轨“爬行”任务需要实现对功率母线的智能管理，在故障情况下也要确保航天员安全，并在地面支持条件下确保任务的完成。

因此，我国目前在“嫦娥五号”机械臂及交会对接任务上所取得的成功经验不适用于空间站机械臂在轨高可靠重复“爬行”任务需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于机械臂在轨重复爬行的供电安全可控设计方法，为机械臂在轨爬行过程中，提供电气链路有效控制策略，以及功率链路安全管理方法。

本发明的技术方案是：一种适用于机械臂在轨重复爬行的供电安全可控设计方法，包括：

爬行前机械臂锁紧固定在目标适配器HXC-C上；

执行固定端末端执行器各单机加电状态设置流程；

爬行开始，机械臂运动至任务需求的目标适配器HXC-A上方，自由端末端执行器执行捕获、拖动并锁紧目标适配器HXC-A，同时锁紧机构前端的自控对接浮动电连接器与目标适配器HXC-A上的电连接器完成对接，实现电气连接；

执行固定端末端执行器断电流程；

执行自由端末端执行器加电流程；