АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС СБОРКИ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2024 года по МПК B64F5/00 B64G1/10 

Изобретение относится к космической технике, а более конкретно к области автоматизированной сборки универсальных космических платформ (УКП).

УКП представляет собой универсальную, комбинируемую совокупность бортовых служебных систем и элементов конструкции, на основе которой могут быть созданы малые космические аппараты различного назначения.

Возросшие требования к глобальности, скорости и объемам информационного обмена обуславливают современный тренд на создание многоспутниковых космических систем. Многоспутниковые космические системы состоят из сотен и даже тысяч космических аппаратов на низкой орбите высотой от 500 до 1600 км. Они позволяют эффективно решать проблемы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), широкополосного доступа в Интернет, навигации, метеорологии, телерадиовещании и др. В различных странах мира сейчас создаются или прорабатываются вопросы создания примерно 20 таких систем. Наиболее известными и яркими примерами многоспутниковых систем на данный момент являются группировки «Starlink», «OneWeb» и «Planet».

В России также начинается разработка многоспутниковых систем, при этом развитие орбитальной космической группировки и индустриальная модель серийного производства космических аппаратов на принципах унификации и стандартизации являются основными приоритетами развития ракетно-космической отрасли. В настоящее время на предприятиях ракетно-космической отрасли Российской Федерации принята техническая политика создания малых космических аппаратов (МКА) на базе унифицированных решений с целью снижения стоимости и сроков создания МКА. В связи с этим разработка прогрессивных конструкторско-технологических и организационно-технических решений серийного производства МКА является важной научной и научно-технической задачей.

Известна технологическая оснастка для сборки космического аппарата согласно способу (RU2729906, МПК B64G1/22, опубл. 13.08.2020), которая имитирует корпус КА, на собранной конструкции закрепляют требуемые приборы и оборудование. Затем на внутренней стороне сотовых панелей устанавливают технологический корсет, фиксирующий положение посадочных и присоединительных размеров МПН, после чего удаляют оснастку. К МПН подсоединяют (снизу) МСС со штатным корпусом КА, совмещая их посадочные поверхности.

Недостатком способа является также невозможность автоматической сборки роботом.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс автоматизированной сборки космических аппаратов (US20220144460, МПК B64G4/00, B64G1/10, B64G1/24, опубл. 12.05.2022), который состоит из выведенного на орбиту автоматического космического аппарата, выполненного с возможностью сборки внутри него спутников типа Cubesate и развертывания их в космическом пространстве. В одном из вариантов осуществления автоматический космический аппарат включает корпус, выполненный с возможностью развертывания в условиях микрогравитации, при этом корпус имеет точку доступа (например, дверь), область хранения, выполненную с возможностью хранения частей спутника, один или несколько роботов, подвижно расположенных в корпусе, и контроллер, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним из одного или более роботов для доступа частей из области хранения и к сборку деталей на сборочной площадке корпуса. Контроллер также может управлять развертыванием собранного спутника через дверь корпуса в положение в условиях микрогравитации.

Основным недостатком способа является ограниченность пространством основного космического аппарата, т.е. возможность собирать только наноспутники, а также при выходе из строя какого-либо элемента устройств для сборки отсутствует возможность исправления и починки.

Задачей изобретения является обеспечение как возможности роботизированной сборки космической платформы, обеспечивая при этом возможность роботизированного монтажа блоков бортовой аппаратуры в корпусе космической платформы.

Техническим результатом заявленного изобретения является сокращение времени сборки всего космического аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированном комплексе сборки космических аппаратов, содержащем роботов с возможностью перемещения, комплекс также содержит автоматическую транспортировочную тележку с возможностью перемещения и жестко зафиксированный рабочий стол, на котором закреплены основания для установки приспособлений с панелями и платами космического аппарата, стойка для удержания штырей и рабочее место для основной сборки, оснащенное фиксаторами в виде двух неподвижных линеек, смонтированных под углом 90°, а также двух, оснащенных приводами, подвижных линеек-прижимов попарно параллельных линейкам фиксаторов, причем каждое из приспособлений с панелями космического аппарата состоит из базовой платформы и стапеля, изготовленного для определенного набора компонентов, а приспособление с платами космического аппарата состоит кассеты и также из базовой платформы, при этом в комплекс входят грузовой робот, установленный с возможностью манипуляций с объектами находящимися на транспортировочной тележке и рабочем столе, и робот-оператор, установленный с возможностью манипуляций с фиксирующими элементами на рабочем столе.

Сущность заявленного изобретения поясняется следующими чертежами:

- На фиг. 1 изображена схема автоматизированного комплекса сборки космических аппаратов;

- На фиг. 2 изображен общий вид рабочего стола с размещенными составляющими космического аппарата;

- На фиг. 3 изображен пример собранной в стапеле панели +Y;

- На фиг. 4 изображена конструкция основания для приспособлений с панелями и платами;

- На фиг. 5 изображена базовая платформа для установки стапелей и кассеты;

- На фиг. 6 изображен пример стапеля панели +Y.

Автоматизированный комплекс сборки космических аппаратов состоит из транспортировочной тележки (1), грузового робота (РГ) (2) робота-оператора (РО) (3), рабочего стола (4) с основаниями (5), рабочим местом (6) для основной сборки и стойкой (7), базовых платформ (8), набора стапелей (9,10,11) и кассеты (12).

Технологический процесс осуществляется на участках подготовки и сборки по схеме стапельной сборки на основе механосборки с использованием винтового крепежа. Работа по комплектации сборочных единиц и оснастки производится на участке подготовки.

Скомплектованные позиции контролируются на правильность размещения компонентов сборки и устанавливаются на стол транспортировочной тележки (1) в заданном положении. Тележка отправляется на участок сборки. Все указанные работы выполняются вручную.

На участке выполняются сборочные и монтажные работы с помощью двух роботов, грузовой робот (РГ) (2) и робот-оператор (РО) (3).

Транспортировочная тележка (1) привозит на участок свой стол и позиционирует его рядом с рабочим столом (4) и РГ (2). РГ осуществляет разгрузку стола транспортировочной тележки (1) и выставляет приспособления с панелями -Z (13),+Y (14), -Y (15),+Х (16),+Z (17) и платами (18) на основания (5) рабочего стола (4) с необходимой точностью. Приспособления для панелей -Z (13), +Y (14), -Y (15) состоят из соответствующих стапелей (9, 10, 11) и одинаковых по конструкции базовых платформ (8), а приспособление для панелей +Х (16),+Z (17) и плат (18) состоит из кассеты (12) и также базовой платформы (8).

Транспортировочная тележка (1) забирает стол и возвращается на исходную позицию.

На участке основной сборки выполняются работы, включающие в себя операции по подготовке компонентов в виде покупных изделий путем оснащения их переходниками от штатного разъема до разъема, соединяющего их с платой (18) непосредственно на месте установки и монтажа. Переходники имеют половину штатного разъема, соединенную с помощью кабеля или шлейфа с разъемом печатной платы (18) типа Slot и крепежным элементом.

Печатные платы (18), изготовленные в рамках серийного производства, контролируются по геометрии; компоненты в виде покупных изделий после доработки также проходят контроль качества электрических соединений на соответствие требованиям. На печатных платах закрепляются вручную соответствующие солнечные датчики (СД) и магнитометр.

После операции контроля производится установка компонентов в соответствующих стапелях (9, 10, 11) для сборки трех панелей (9, 10, 11), а также производится комплектация кассеты (12) для двух панелей (16, 17) и четырех плат (18).

Сборка панелей в стапелях

Панель -Z (13)

РО (3) осуществляет последовательный забор из стойки (7) двух штырей и с их помощью выполняет взаимную фиксацию внутренней стенки панели (13) и компонента в виде аккумуляторной батареи на панели -Z (13), забирает из бункера шесть винтов М3×9 с помощью отвертки и последовательно осуществляет их постановку, затем удаляет обратно в стойку (7) для штырей два штыря и на их место ставит два винта, поворачивает прижимы на стапеле (9) отверткой.

Панель -Y(15)

РО осуществляет последовательный забор из стойки (7) двух штырей и фиксирует первый компонент панели -Y (15) относительно внутренней стенки, после чего закрепляет компонент с помощью двух винтов, переставляет штыри на следующий компонент и заполняет освободившиеся отверстия винтами. Указанный порядок действий повторяется последовательно по всем компонентам, закрепляемыми на данной панели. Работы заканчиваются возвратом двух штырей на соответствующее рабочее место в стойке (7).

РГ забирает из кассеты (12) с помощью присоски (пальцев) плату (18) для панели -Y (15) и устанавливает ее в стапель (11) поверх внешней стенки панели (15) в правильное положение.

РО устанавливает два штыря, осаживает пальцами разъемы после чего выполняет постановку винтов М3×6, соединяющих плату со стенкой и поворачивает прижимы на стапеле отверткой.

Панель +Y (14)

РО осуществляет последовательную фиксацию компонентов и внутренней стенки панели +Y (14) с помощью штырей подобно панели -Y (15) и их соединение винтами и поворачивает прижимы отверткой.

РГ забирает из кассеты (12) плату (18) для панели +Y (14) и кладет на нее.

РО фиксирует плату штырями, осаживает разъемы и присоединяет ее к стенке винтами М3×6.

Общая сборка

Общая сборка аппарата осуществляется на рабочем месте (6), оснащенном фиксаторами в виде двух неподвижных линеек (19), смонтированных под углом 90° в средней части рабочего стола (4), а также двух, оснащенных приводами, подвижных линеек-прижимов (20) попарно параллельных линейкам фиксаторов (19).

Ход прижимов - порядка 150 мм, усилие прижима - 0,5-1 кг.

Установка панели +Y (14)

РГ с помощью присоски вынимает панель +Y (14) из стапеля (10), переносит и опускает на рабочее место общей сборки таким образом чтобы плоскость панели была перпендикулярна плоскости рабочего стола, внешняя плоскость панели была параллельна плоскости боковой линейки-фиксатора (19) и верхний торец панели упирался в верхнюю линейку-фиксатор. Присоска уходит. Прижимы (20) осуществляют мягкое поджатие панели к линейкам-фиксаторам (19).

Установка панели +Z (17)

РГ забирает присоской (пальцами) панель +Z (17) из кассеты (12) и кладет ее на панель +Y (14) в правильное положение (согласно электронной модели).

РО последовательно забирает два штыря и фиксирует положение панели +Z (17) относительно стенки панели +Y (14), после чего осуществляет постановку винтов М3×9. Присоска уходит. После удаления штырей РО завинчивает на их место винты. Прижимы (20) отходят.

РГ с помощью присоски, удерживая сборку за плату панели +Y (14), поднимает ее на ~ 200 мм, разворачивает на 180° относительно оси, а затем на 180° относительно другой оси и опускает на стол внутри фиксаторов (19). Присоска уходит. Прижимы (20) осуществляют поджатие панели к линейкам-фиксаторам (19).

Установка панели -Z (13)

РГ с помощью присоски вынимает панель -Z (13) из стапеля и устанавливает ее в зазор между торцом стенки -Z (13) и линейкой, переносит присоску в зону штыревого разъема и осуществляет обжатие разъема. Присоска уходит.

РО, используя штыри, корректирует положение панели -Z (13) по кромкам панели +Y (14), ставит винты по кромке. Закручивает винты.

Убирает штыри. Закручивает оставшиеся отверстия.

Установка панели +Х (16)

РГ забирает присоской панель +Х (16) из кассеты (12) и кладет ее в торец установленных панелей (+Y (14),+Z (17), -Z (13)) в правильное положение (согласно электронной модели) и удерживает.

РО последовательно забирает два штыря и фиксирует положение панели +Х (16) относительно стенки панели +Y (14) и -Z (13), после чего осуществляет постановку винтов М3×9 по кромкам панели+Y (14) и -Z (13). Присоска уходит. После удаления штырей РО завинчивает на их место винты М3×9.

РГ с помощью присоски берется за панель +Х (16) сборки, поднимает ~ на 100 мм, переворачивает ее на 90° относительно оси и опускает на место ОС внутри фиксаторов (19). Присоска уходит. Прижимы (20) осуществляют прижатие сборки к линейкам-фиксаторам (19).

Установка панели -Y (15)

РГ с помощью присоски вынимает из стапеля панель -Y (15), разворачивает ее на 90° относительно оси по часовой стрелке и переносит на рабочее место над проемом между панелями +Z (17), -Z (13) в положение согласно электронной модели, опускает панель -Y (15) в проем на технологические упоры. Постановка на технологические упоры осуществляется со сдвигом по оси -X на величину 5-10 мм. Присоска уходит.

РО с помощью пальцев ставит по два штыря с каждой стороны панели -Y (15) в точках ее соединения с панелями +Х (16),+Z (17), -Z (13) и осуществляет соединение посредством винтов в свободные отверстия. Штыри удаляются, на их место ставятся и закручиваются винты. Прижимы уходят.

РГ с помощью присоски берет сборку за стенку панели +Х (16), поднимает, разворачивает на 90° относительно оси X и кладет на рабочее место. Присоска уходит. Прижимы (20) осуществляют прижатие сборки к линейкам-фиксаторам (19).

Установка платы на панель -Z (13)

РГ забирает из кассеты (12), с помощью присоски, плату (18) для панели -Z (13) и устанавливает ее на панель -Z (13).

РО своими пальцами «поправляет» положение платы по оси X и осаживает разъемы, с помощью штырей корректирует положение платы и осуществляет присоединение посредством винтов М3×6 платы к стенке панели. Прижимы уходят.

Установка платы на панель +Z (17)

РГ с помощью присоски берет сборку за стенку панели +Х (16), поднимает, разворачивает на 180° относительно оси X и кладет на рабочее место. Присоска уходит. Прижимы (20) осуществляют прижатие сборки к линейкам-фиксаторам (19).

РГ забирает из кассеты (12), с помощью присоски, плату (18) для +Z (17) и устанавливает ее на стенку панели +Z (17).

РО своими пальцами «поправляет» положение платы по оси X и осаживает разъемы, с помощью штырей корректирует положение платы и осуществляет присоединение посредством винтов М3×6 платы к стенке панели. Прижимы уходят.

Далее с помощью присоски осуществляется перенос общей сборки корпуса МКА на транспортировочную тележку (1).

Тележка (1) с общей сборкой, двумя ящиками с солнечными батареями (СБ) и активная фазированная антенная решетка (АФАР) отправляются на участок испытаний, где перед началом и в ходе испытаний на сборку монтируются панели СБ, панели и блоки АФАР.

Изобретение относится к технологиям создания универсальных космических платформ (УКП) как основы для малых космических аппаратов (КА) различного назначения (микро и наноспутников). Предлагаемый комплекс сборки КА состоит из транспортировочной тележки (1), грузового робота (2), робота-оператора (3), рабочего стола (4) с основаниями (5), рабочего места (6) для основной сборки и стойки (7). Размещенные на столе (4) стапели и базовые платформы служат для сборки панелей -Z (13), +Y (14) и -Y (15) КА. В кассете (также на столе) хранятся панели +Х (16), +Z (17) КА и платы. Технологический процесс осуществляется на участках подготовки и сборки по схеме стапельной сборки на основе механосборки с использованием винтового крепежа. Работа по комплектации сборочных единиц и оснастки производится на участке подготовки. Техническим результатом является сокращение времени сборки УКП и всего КА. 6 ил.

Автоматизированный комплекс сборки космических аппаратов, содержащий роботов с возможностью перемещения, отличающийся тем, что комплекс также содержит автоматическую транспортировочную тележку с возможностью перемещения и жестко зафиксированный рабочий стол, на котором закреплены основания для установки приспособлений с панелями и платами космического аппарата, стойку для удержания штырей и рабочее место для основной сборки, оснащенное фиксаторами в виде двух неподвижных линеек, смонтированных под углом 90°, а также двух оснащенных приводами подвижных линеек-прижимов, попарно параллельных линейкам фиксаторов, причем каждое из приспособлений с панелями космического аппарата состоит из базовой платформы и стапеля, изготовленного для определенного набора компонентов, а приспособление с платами космического аппарата состоит из кассеты и также из базовой платформы, при этом в состав комплекса введены грузовой робот, установленный с возможностью манипуляций с объектами, находящимися на транспортировочной тележке и рабочем столе, и робот-оператор, установленный с возможностью манипуляций с фиксирующими элементами на рабочем столе.