机械臂与载荷适配器对接信息交互方法与流程

本发明属于航天器，尤其涉及一种机械臂与载荷适配器对接信息交互方法。

背景技术：

1、为了高效的配置资源，大型航天器已开始在舱外设置暴露平台，在暴露平台上安装大量的舱外载荷接口支持设备，集中开展舱外载荷支持试验。

2、舱外载荷接口支持设备通常被称为载荷适配器，分为主动端和被动端两个部分（分别如图1和图2所示），两个部分在轨匹配使用。其中载荷适配器被动端安装在舱外暴露平台上，由机械结构和各种接口连接器组成，与航天器上的配电、信息、热控系统相连；载荷适配器主动端由机械结构、电控系统、电机、传动机构、捕获装置、连接器和手动操作接口组成，电控系统可以控制电机驱动传动机构，进而带动捕获装置实现锁紧或解锁功能。

3、载荷适配器主动端、舱外载荷、机械臂目标适配器事先安装在一起，组成载荷组合体。当机械臂在舱外抓住机械臂目标适配器时，载荷适配器主动端就与机械臂的供电、控制系统联通，可以接收机械臂发送的指令，控制电机驱动传动机构，进而驱动捕获装置，实现对载荷适配器被动端的锁紧或解锁。

4、通常情况下，舱外载荷的安装工作由机械臂和载荷适配器主动端共同完成。载荷组合体通过专门的机构转移至舱外，再由机械臂抓取，转移至暴露平台上指定的载荷适配器被动端处，完成载荷适配器主、被动端的对接后，控制载荷适配器主动端完成对载荷适配器被动端的锁紧，实现航天器配电、信息、热控系统与舱外载荷之间的联通。在完成舱外载荷安装后，机械臂撤离，载荷适配器主、被动端通过结构设计保持彼此之间的锁紧状态，可以长时间支持舱外载荷开展试验。

5、在机械臂安装舱外载荷的过程中，最核心的环节是通过机械臂实现载荷适配器主、被动端的对接，保证载荷适配器主、被动端之间的对接面贴合，并在对接到位后控制载荷适配器主动端完成对载荷适配器被动端的锁紧。由于机械臂施力特性的约束，在完成载荷适配器主、被动端的对接到位后、控制载荷适配器主动端实施锁紧操作前，机械臂自身将切换至随动状态，即机械臂不再对外施加任何作用力，整个机械臂“漂浮”在外太空，以便在载荷适配器主动端实施锁紧操作时不影响自身的移动。为了防止机械臂在切换至随动状态后漂走，导致载荷适配器主、被动端再次分离，在载荷适配器主、被动端设计了相匹配的捕获装置1与捕获销2，捕获装置1分布在载荷适配器主动端对接面的四个角，捕获销2分布在载荷适配器被动端对接面的四个角，当载荷适配器主动端在机械臂的控制下与载荷适配器被动端对接到位后，即可实现相互捕获，此时载荷适配器主、被动端相互约束，在机械臂切换至随动模式后也无法分离，可以保障后续锁紧操作的正常实施。因此如何确认载荷适配器主、被动端是否已对接到位，是机械臂安装舱外载荷的关键环节。

6、由于载荷适配器主、被动端在锁紧过程中，会产生彼此拉近的作用力，并不需要载荷适配器主、被动端对接面完全接触就能实施锁紧操作。为了降低对机械臂的操作要求，捕获装置1的生效位置高于对接面一定距离，即载荷适配器主、被动端在对接过程中，先进入彼此捕获状态，进一步靠近后，载荷适配器主、被动端对接面才会彼此接触。而只要进入捕获状态，载荷适配器主动端就可以完成后续锁紧动作。

7、为此，在每个捕获装置1的内部设计单向门机构实现捕获功能，在每个捕获装置1内部靠近根部的侧边安装第一触点传感器，当载荷适配器主、被动端足够接近时，捕获销2将落入捕获装置1的单向门机构中，并在机械臂的作用下继续推开单向门，直至完全落实捕获装置1中，此时捕获销2将挤压并触发第一触点传感器，同时单向门在内部弹簧力的作用下恢复原位，捕获销2在捕获装置1内部无法反向推开单向门，进而实现载荷适配器主动端对载荷适配器被动端的捕获。另外，在载荷适配器主动端对接面靠近每个捕获装置1的位置安装有第二触点传感器3，当载荷适配器主、被动端接触后，会触发第二触点传感器3。

8、虽然载荷适配器主动端安装了触点传感器，可以用于判断载荷适配器主、被动端的相对位置，但在轨使用时仍存在以下问题：

9、1、载荷适配器主、被动端接触后产生作用力，载荷适配器主、被动端的相对位置和姿态会发生小幅改变，触点传感器的接触状态会不断变化，不易判断状态；

10、2、舱外环境恶劣，触点传感器失效、始终显示为未接触状态的概率增大，无法准确获取对接状态。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在提供一种机械臂与载荷适配器对接信息交互方法，以解决载荷适配器主、被动端对接状态在轨确认困难的技术问题。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种机械臂与载荷适配器对接信息交互方法，载荷适配器分为主动端和被动端，载荷适配器主动端与舱外载荷、机械臂目标适配器组成载荷组合体，在载荷适配器主动端的对接面的四个角上分别安装有捕获装置，在四个捕获装置的内部分别安装有第一触点传感器，在载荷适配器主动端的对接面上靠近四个捕获装置的位置分别安装有第二触点传感器；该方法包括如下步骤：

4、s1：机械臂抓取载荷组合体，以低精度位置控制模式将载荷组合体转移至相距载荷适配器被动端的第一预定距离处；

5、s2：机械臂由低精度位置控制模式切换为高精度位置控制模式，将载荷组合体从第一预定距离处转移至相距载荷适配器被动端的第二预定距离处；

6、s3：机械臂从高精度位置控制模式切换为视觉控制模式，以预定的力输出能力，带动载荷组合体接近载荷适配器被动端，直至载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接；

7、s4：机械臂持续施力，地面站根据载荷适配器主动端回传的传感器数据对载荷适配器主动端与载荷适配器被动端的对接状态进行判读；其中，

8、若符合以下任一种情况，视为载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接到位：

9、（1）四个第一触点传感器全部被触发；

10、（2）处于对角线位置的两个第二触点传感器被触发；

11、（3）处于同侧的两个第二触点传感器被触发，且对侧至少一个第一触点传感器被触发；

12、s5：在地面站确认载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接到位时，向机械臂发送模式切换指令，将机械臂从视觉控制模式切换为随动模式，并向载荷适配器主动端发送锁紧指令，使捕获装置锁紧载荷适配器被动端。

13、进一步的，在载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接到位预设时间后，若出现以下任一种情况，视为载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接异常：

14、（1）仅有第一触点传感器被触发，且数量不超过三个；

15、（2）第二触点传感器中仅有一个被触发，被触发的第一触点传感器的数量不超过三个，且在被触发的第一触点传感器中包括处于被触发的第二触点传感器同区域的第一触点传感器；

16、（3）处于同侧的两个第二触点传感器被触发，且对侧无任何触点传感器被触发。

17、进一步的，预设时间为40s。

18、进一步的，在步骤s5之后，还包括如下步骤：

19、s6：在地面站确认载荷适配器主动端与载荷适配器被动端对接异常时，向机械臂发送模式切换指令，将机械臂从视觉控制模式切换为随动模式，并向载荷适配器主动端发送解锁指令，完成载荷适配器主动端与载荷适配器被动端之间的解锁，随后机械臂带动载荷组合体后退，使载荷适配器主动端与载荷适配器被动端脱离。

20、进一步的，当第一触点传感器与第二触点传感器连续四个采样周期被采集到触发状态或间断性三次被采集到触发状态，则视为被触发。

21、进一步的，第一预定距离为2m。

22、进一步的，第二预定距离为0.5m。

23、与现有技术相比，本发明创造能够取得如下有益效果：

24、在载荷适配器主、被动端对接过程中，本发明能够准确判断出对接状态，有效支持机械臂安装舱外载荷的工作。