[发明专利]一种模块化可重构多臂航天器及其重构方法

权利要求书

1.一种模块化可重构多臂航天器的重构方法，其特征在于，所述多臂航天器采用模块化设计，其基本构型为单臂构型，所述多臂航天器基本构型包括中心体模块、机械臂模块和末端执行器模块；中心体模块承担数据处理、供能和通信功能；机械臂模块负责末端定位定姿功能；末端执行器模块负责具体操作功能；模块间通过通用机电接口连接，实现模块在轨快速连接；

中心体模块作为航天器的核心，中心体主体为一六棱柱，内部装有航天器的功能元件，包括综合电子、蓄电池和陀螺；主体上下表面各装有一个发射/接收天线，用于通信；主体侧面均布有通用机电接口，用于连接机械臂模块，最多允许6个机械臂同时连接；侧面均布有3个视觉相机，用于中心体定位定姿；

机械臂模块是一个独立的机械臂结构，其安装在中心体上，机械臂为7自由度，机械臂关节配置采用SRS构型，腕部和肩部均为三个相互垂直、轴线交于一点的等效球关节，肘部为旋转关节；其中，肩部和腕部均有一个关节电机内嵌在臂杆内部，转动方向与臂杆轴向平行，机械臂模块两端设计有通用机电接口，用于连接中心体模块和末端执行器模块；

所述末端执行器模块用于执行各项任务，能够通过通用机电接口与机械臂模块或中心体模块相连；所述末端执行器模块包括通用工具模块、3D打印模块、移动模块和夹持模块；

所述通用工具模块用于执行拆卸、安装和更换操作任务，通用工具模块上设计有变矩螺丝刀和批头，用于拆卸/安装航天器上的螺栓，夹持器用于夹持被操作对象，视觉相机用于确定操作对象与通用工具模块的相对位姿；通用工具模块成对使用；

3D打印模块用于进行在轨零部件制造，所述3D打印模块包括原料仓、主控单元以及喷嘴，并依次连接；

移动模块用于多臂航天器在空间中的移动，根据移动场景不同，分为吸盘式和轮式移动模块；

夹持模块用于钩挂大型货物，用于大型货物的搬运；

所述模块化可重构多臂航天器通过通用机电接口，通过模块间快速插拔在不同型谱间切换，从而实现在轨功能重构；

所述型谱包括制造航天器、搬运航天器和操作航天器三种机器人型谱；

三种机器人型谱具体为：

制造航天器以中心体模块为中心，设计有三个机械臂模块，其中一个机械臂末端装有3D打印模块，用于制造零部件；两个机械臂模块末端带有通用工具模块，用于夹持打印出来的零部件；

搬运航天器以中心体模块为中心，设计有六个机械臂模块，其中两个机械臂末端装有夹持模块，用于钩挂零部件；4个机械臂模块末端装有吸盘/轮式移动模块，用于服务航天器在轨/行星表面快速移动；

操作航天器以中心体模块为中心，设计有三个机械臂模块，每个机械臂模块末端装有通用工具模块，用于实现“单臂固定，双臂操作”、“双臂夹持，单臂操作”以及“三臂夹持”操作形式。